面向突发灾难的无人机应急通信中协同优化理论与方法

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61871065
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0106.空天通信
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Emergency communication systems are very important to emergency rescue in disasters. However, the existing methods are lacking in flexibility, which are limited by the factors such as environment and space. In this project, a UAV emergency communication fundamental framework is established based on the advantages of mobility and hovering of UAVs, which can form the cellular networks with surviving ground base stations cooperatively, also can provide wireless service only via UAVs, and can realize the information exchange between disaster areas and outside at the same time. In addition, the novel methods of cooperative optimization of flight and communication are explored. First, in the scenario with active ground base stations, UAVs cooperate with the surviving base stations to provide wireless service effectively. The new method of cooperative optimization on flight trajectory and communication scheduling to avoid interference is explored, and its low-complexity method is proposed. Thus, the wireless coverage can be achieved without blind areas. Then, in the scenario without ground base stations, the mathematical mechanism for the cooperative optimization of downlink precoding, uplink decoding and transmit power of UAV is explored, and the method of establishing the multi-hop links effectively and rapidly is proposed to provide wireless service outside the serving area. Thus, the scope of wireless coverage can be extended. Last, to realize the information exchange between disaster areas and outside in the above scenarios, the multi-hop UAV relay scheme is proposed for emergency communication. In the scheme, the effective method with approximation to calculate the optimal hovering positions of UAVs is explored when the channel environment is complex and varying, and the number of relays is relatively large. Thus, the information bridge between disaster areas and outside can be built. In this research, the key problems such as wireless information collection, distribution and transmission are solved via UAVs. The theoretical basis and technical support are thus provided for the design of UAV emergency communication networks.
应急通信系统对于突发灾难抢险救援至关重要,但现有手段灵活性差,受环境、空间等因素制约。本项目利用无人机移动、悬停等优势,建立既可与幸存基站协作构建蜂窝网络、又可仅靠无人机提供无线服务、同时实现灾区信息转入转出的无人机应急通信统一框架,探索其中协同优化新思路。1存在地面基站场景,无人机与幸存基站有效配合提供无线服务,探索无人机飞行与通信协同优化规避干扰的新思路并提出低复杂度求解方法,实现无盲区全覆盖;2无地面基站场景,探索无人机基站上下行编解码与功率协同优化的数学机理,并提出迅速建立多跳链路为区域外提供无线服务的方法,拓展覆盖范围;3将上述场景信息有效转入转出,提出无人机多中继应急通信部署方案,探索信道环境复杂多变、中继较多时的最优悬停位置有效近似计算方法,建立灾区与外部的信息桥梁。本研究借助无人机解决灾区无线信息采集、扩散与转出等核心问题,为无人机应急通信网络设计提供了理论依据与技术支撑。

结项摘要

应急通信系统对于突发灾难抢险救援至关重要,但现有手段灵活性差,受环境、空间等因素制约。本项目利用无人机移动、悬停等优势,建立既可与幸存基站协作构建蜂窝网络、又可仅靠无人机提供无线服务、同时实现灾区信息转入转出的无人机应急通信统一框架,探索其中协同优化新思路。具体的研究结果主要包括:(1) 存在地面基站场景,无人机与幸存基站有效配合提供无线服务,提出了无人机飞行与通信协同优化规避干扰的新思路并给出低复杂度求解方法,实现无盲区全覆盖;(2) 无地面基站场景,提出了无人机基站上下行编解码与功率协同优化的数学机理,并建立了迅速建立多跳链路为区域外提供无线服务的方法,有效拓展了覆盖范围;(3) 将上述场景信息有效转入转出,提出了无人机多中继应急通信部署方案,建立了信道环境复杂多变、中继较多时的最优悬停位置有效近似计算方法,建立灾区与外部的信息桥梁。(4) 在上述研究的基础上,本项目还进行了无人机通信其它方向的探索工作,具体包括基于非正交多址接入的无人机通信、无人机通信网络的安全传输、智能反射面辅助的无人机通信等。在本项目的资助下,研究成果发表于IEEE Wireless Commun、IEEE Trans. Commun.、IEEE Trans. Wirel. Commun.、IEEE Trans. Veh. Technol.、IEEE Network、IEEE IoT J.、IEEE Veh. Technol. Mag.、PIMRC、WCSP、ICCC等国际顶级期刊和会议,ESI高引论文6篇,并获辽宁省自然科学奖二等奖、中国电子学会三等奖等学术奖励,授权发明专利5项,其中2项实现了专利转化,培养学生连续两年获辽宁省优秀硕士学位论文,提升了项目组的学术影响力。上述研究借助无人机解决灾区无线信息采集、扩散与转出等核心问题,加快了无人机辅助无线通信的实用化发展,为无人机应急通信网络设计提供了理论依据与技术支撑,应用前景广阔。在未来,将继续针对无人机通信方向的关键问题展开深入研究,将智能反射面与无人机通信结合,实现移动网络的多维立体无线覆盖。

项目成果

期刊论文数量(23)
专著数量(0)
科研奖励数量(5)
会议论文数量(5)
专利数量(5)
Performance Analysis of Spatial Modulation Aided NOMA with Full-Duplex Relay
全双工中继空间调制辅助 NOMA 性能分析
  • DOI:
    10.1109/tvt.2020.2981502
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Vehicular Technology
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Qintuya Si;Minglu Jin;Yunfei Chen;Nan Zhao;Xianbin Wang
  • 通讯作者:
    Xianbin Wang
UAV-Relaying-Assisted Secure Transmission With Caching
无人机中继辅助缓存安全传输
  • DOI:
    10.1109/tcomm.2019.2895088
  • 发表时间:
    2019-05-01
  • 期刊:
    IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    8.3
  • 作者:
    Cheng, Fen;Gui, Guan;Sari, Hikmet
  • 通讯作者:
    Sari, Hikmet
When UAV Meets IRS: Expanding Air-Ground Networks via Passive Reflection
当无人机遇到 IRS:通过无源反射扩展空地网络
  • DOI:
    10.1109/mwc.010.2000528
  • 发表时间:
    2021-10-01
  • 期刊:
    IEEE WIRELESS COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    12.9
  • 作者:
    Pang, Xiaowei;Sheng, Min;Wong, Kai-Kit
  • 通讯作者:
    Wong, Kai-Kit
Secure Transmission for Interference Networks: User Selection and Transceiver Design
干扰网络的安全传输:用户选择和收发器设计
  • DOI:
    10.1109/jsyst.2019.2891641
  • 发表时间:
    2019-01
  • 期刊:
    IEEE Systems Journal
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    Nan Zhao;Qiuyi Cao;Guan Gui;Yang Cao;Shun Zhang;Yunfei Chen;Hikmet Sari
  • 通讯作者:
    Hikmet Sari
Secrecy Analysis in NOMA Full-Duplex Relaying Networks With Artificial Jamming
人工干扰NOMA全双工中继网络的保密性分析
  • DOI:
    10.1109/tvt.2021.3081589
  • 发表时间:
    2021-05
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Vehicular Technology
  • 影响因子:
    6.8
  • 作者:
    Dongdong Li;Yang Cao;Zhutian Yang;Yunfei Chen;Shun Zhang;Nan Zhao;Zhiguo Ding
  • 通讯作者:
    Zhiguo Ding

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其他文献

西安地区湿陷性黄土地铁车站深基坑开挖引起的地表及基坑支护桩变形特性
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1001-4632.2016.01.02
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    中国铁道科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    梅源;胡长明;王雪艳;袁一力;赵楠
  • 通讯作者:
    赵楠
黄土地基湿陷引发桩基负摩阻力的估算方法研究
  • DOI:
    10.15986/j.1006-7930.2015.06.017
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    西安建筑科技大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
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  • 作者:
    梅源;胡长明;李修波;袁一力;赵楠;刘大江
  • 通讯作者:
    刘大江
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考虑残余电荷分布不均匀影响的VFT分析模型
  • DOI:
    10.1109/tpwrd.2014.2365056
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Power Delivery
  • 影响因子:
    4.4
  • 作者:
    卢斌先;林晓华;石雨鑫;赵楠
  • 通讯作者:
    赵楠
干旱绿洲农田无核白葡萄树蒸散发的分割研究
  • DOI:
    10.13522/j.cnki.ggps.2021228
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    灌溉排水学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王尚涛;赵楠;张扬;张琨;朱高峰
  • 通讯作者:
    朱高峰
山东丹河2018年洪水沉积特征、物源分析及水文过程重建
  • DOI:
    10.12090/j.issn.1006-6616.2021112
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    地质力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李华勇;赵楠;杨艺萍;于正松;孙启发;吴帅虎;张曼;张虎才
  • 通讯作者:
    张虎才

其他文献

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赵楠的其他基金

智能反射面辅助的高效安全无人机空地协同无线通信理论与方法
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
认知无线电网络频谱共享中干扰对齐技术及其应用研究
  • 批准号:
    61201224
  • 批准年份:
    2012
  • 资助金额:
    27.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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