發(fā)布時間：2020-05-25 16:04

【摘要】：無人機是上世紀20年代發(fā)展起來的一種無人駕駛飛行器,通常也稱為無人駕駛飛機或遙控飛機。由于其具有高機動性、易部署和低成本等特點,因此在過去幾十年中已經具有了廣泛的應用。無人機可以大致分為兩類,即固定翼和旋翼。固定翼無人機通常具有高速運動和載荷多的特點,但是其必須時刻保持運動(即無法在空中懸停),因此不適用于部分近距離探查、搜索的場景。相比之下,旋翼無人機雖然具有有限的移動速度和載荷,但是能夠隨時轉變方向且能在空中懸停。目前無人機在移動邊緣計算中有了廣泛的應用,如何降低無人機執(zhí)行任務期間的能耗問題成為了新的挑戰(zhàn)。移動邊緣計算被廣泛認為是實現下一代互聯網的關鍵技術,如觸覺互聯網(具有毫秒級反應時間)和物聯網。目前,無論是來自學術界還是工業(yè)界的研究人員都在嘗試通過追求移動計算和無線通信兩個領域的技術和理論的融合,積極地推動移動邊緣計算技術的發(fā)展。對于大批量的、難以及時計算完的數據可以利用無人機對閑置計算設備進行數據傳輸并輔助計算以達到充分利用閑置設備且快速處理完數據的任務。這對計算能力要求特別高的軍隊、民間等應用具有著重要的理論和實際意義,因此很有必要對此方面的研究開展工作。本文首先研究了利用旋翼無人機進行數據傳輸這一應用,目的是在一系列實際環(huán)境的約束下,通過優(yōu)化無人機的飛行軌跡、傳輸功率以及數據卸載率,以盡量減少數據傳輸過程中的能量消耗。為了達到這一目的,本文對問題進行了建模,由于模型中存在無窮多個優(yōu)化變量且部分約束是非凸的,因此難以直接利用凸優(yōu)化技術求解。所以本文利用離散狀態(tài)空間近似技術和線性化技術對問題做近似處理,提出了一種基于凹凸過程的算法。數值仿真結果顯示,本文設計的算法取得了較高的性能增益。本文進一步地結合了固定翼無人機與移動邊緣計算。在一系列實際環(huán)境的約束下,本文通過優(yōu)化固定翼無人機的飛行軌跡、速度、加速度和數據卸載率以及CPU(Central Processing Unit)的周期頻率以使得整個網絡的能耗最小化。為了達到這一目的,本文首先推導出了數據計算的能耗模型,然后結合了數據傳輸能耗模型和固定翼無人機的飛行能耗模型,最后對整個系統(tǒng)的能耗進行了建模。由于目標函數中存在連續(xù)的、耦合的優(yōu)化變量且難以判斷凹凸性等問題,使得問題難以直接求解。所以本文首先對優(yōu)化問題進行離散化,其次導出目標函數的上界并對耦合的優(yōu)化變量進行解耦合,接著線性化非凸約束,最后提出了一種基于凹凸過程的算法。數值仿真結果表明,該方法相對于未優(yōu)化時的網絡取得了較高的性能增益。
【圖文】：

量優(yōu)點使其成為了輔助無線通信的一個非常有前途的方向。以下列舉出了無人機輔助無線通逡逑信的三種典型用例ｎ］，，下面將對其進行分別討論。逡逑（１）無人機輔助無線通信：如圖１．１所示，該應用的主要目的是部署無人機用于協(xié)助現逡逑有的通信基礎設施（如果有的話）在服務區(qū)域內提供無縫的無線覆蓋。兩個典型的使用場景逡逑為：其一，在自然災害導致的部分或完全基礎設施損壞情況下的通信恢復；其二，在非常擁逡逑１逡逑

圖１．３無人機輔助信息傳播或電力傳輸逡逑將來，按照摩爾定律世界各地將部署數百億臺邊緣設備，它們的處理器數量快并聯合在網絡邊緣分布的大量空閑的計算設備可以提供非常強的的計算能力，可以用于移動設備上來執(zhí)行計算密集型或數據延遲容忍型的關鍵任務，這種新為移動邊緣計算。移動邊緣計算被廣泛認為是實現下一代互聯網各種愿景的關覺互聯網［６］（具有毫秒級反應時間）和物聯網［７］。目前，無論是來自學術界還是人員都在嘗試通過追求移動計算和無線通信兩個領域的技術和理論的融合，積邊緣計算技術的發(fā)展。逡逑以上討論的無人機應用的三個方向，無人機在移動邊緣計算系統(tǒng)中的應用越來了人們的廣泛關注。無人機可以用于輔助數據傳輸，而移動邊緣計算可以調集算能力進行數據計算。顯而易見，對于大批量的、難以及時計算完成的數據可對閑置計算設備進行數據傳輸并輔助計算以達到充分利用閑置設備且快速處理。這對計算能力要求特別高的軍隊、民間等應用具有著重要的理論和實際意義，要對此方面的研究開展工作。逡逑
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：V279;TP393.09;TN929.5

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 王湛;王江東;楊宏偉;;民用輕小型無人機系統(tǒng)檢測認證研究[J];質量與認證;2019年12期

2 徐宏慶;;無人機應用技術專業(yè)建設的探索[J];正德職業(yè)技術學院學報;2018年02期

3 潘泉;康童娜;呂洋;趙春暉;胡勁文;;無人機感知規(guī)避技術發(fā)展與挑戰(zhàn)[J];無人系統(tǒng)技術;2018年04期

4 杜恒;;基于足球比賽路徑規(guī)劃的農用無人機定位和導航研究[J];農機化研究;2019年10期

5 問延安;蔣倩;;智慧監(jiān)管:民用無人機企業(yè)監(jiān)管的路徑選擇[J];長沙航空職業(yè)技術學院學報;2018年04期

6 張軍國;閆浩;胡春鶴;李婷婷;于明;;無人機在林業(yè)中的應用及前景展望[J];林業(yè)工程學報;2019年01期

7 劉逸宸;;無人機系統(tǒng)信息傳輸技術分析[J];科技資訊;2018年32期

8 金偉;周震博;;2018年無人機研發(fā)熱點回眸[J];科技導報;2019年01期

9 楊春;;智能科技 智慧未來 溧陽國際無人機發(fā)展論壇暨第四屆無人機百人會圓滿落幕[J];中國公共安全;2019年Z1期

10 郝明明;盛懷潔;;對無人機數據鏈的電子制約策略[J];現代防御技術;2019年01期

相關會議論文 前10條

1 魏春燕;劉國梁;王建勇;;基于無人機地面站的自主健康管理技術研究[A];“測試性與智能測控技術”——2018年中國航空測控技術專刊[C];2018年

2 陳昕;陳平;;無人機空管保障需求研究[A];第一屆空中交通管理系統(tǒng)技術學術年會論文集[C];2018年

3 朱菲菲;呂超凡;;無人機空管領域面臨問題及應對策略研究[A];第一屆空中交通管理系統(tǒng)技術學術年會論文集[C];2018年

4 陳帆;;民用無人機治安風險防控探析[A];《上海法學研究》集刊（2019年第10卷 總第10卷）——上海市法學會社會治理研究會文集[C];2019年

5 黃兆麒;關萬隆;李嘉偉;;無人機在邊境管控中的應用研究[A];2017年（第三屆）中國航空科學技術大會論文集（下冊）[C];2017年

6 王志廣;張春元;康東軒;;中繼式無人機自組網方案設計[A];OSEC首屆兵器工程大會論文集[C];2017年

7 楊光;王振宇;;無人機用活塞發(fā)動機質量與可靠性標準規(guī)范[A];質量管理體系評估最佳實踐論文集[C];2017年

8 朱德銘;蔚文杰;;推進無人機裝備保障科學發(fā)展的思考[A];航空裝備維修技術及應用研討會論文集[C];2015年

9 顏春艷;勉力財;張九民;;無人機系統(tǒng)用戶技術資料體系研究[A];航空裝備維修技術及應用研討會論文集[C];2015年

10 王振宇;;航母無人機系統(tǒng)技術發(fā)展研究[A];航空裝備維修技術及應用研討會論文集[C];2015年

相關重要報紙文章 前10條

1 李大光　李晨;追趕世界一流的中國無人機[N];中國青年報;2011年

2 王月;力量,在黨旗下凝聚[N];科學時報;2011年

3 中國工業(yè)報記者 李淑梅;遼寧壯龍創(chuàng)新發(fā)展闖出“無人機”行業(yè)新天地[N];中國工業(yè)報;2019年

4 本報駐英國記者 強薇;無人機接連困擾倫敦機場[N];人民日報;2019年

5 中國青年報·中青在線記者 崔麗;無人機國家隊列陣 “翼龍”凌空展翼[N];中國青年報;2018年

6 萊文;推動我國無人機產業(yè)高質量發(fā)展[N];中國質量報;2018年

7 本報記者 王建鵬;極飛科技點燃“農業(yè)飛翔”夢想[N];中國農機化導報;2018年

8 本報記者 王玉東;極飛科技助農業(yè)數字化成效顯著[N];農資導報;2018年

9 記者 常斐;中航(成都)無人機系統(tǒng)股份有限公司揭牌成立[N];成都日報;2018年

10 子鐸;變革融合 馭“龍”高飛[N];中國航空報;2018年

相關博士學位論文 前10條

1 姬翔;多特征融合的旋翼無人機能耗優(yōu)化路徑規(guī)劃方法研究[D];西北大學;2019年

2 王小亮;面向對地觀測的無人機路徑規(guī)劃與編隊控制方法研究[D];武漢大學;2017年

3 武明建;變體太陽能無人機設計與能量優(yōu)化[D];南京航空航天大學;2018年

4 宋春林;四旋翼無人機在未知環(huán)境中自主導航和飛行控制方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2019年

5 薛武;無人機影像定位優(yōu)化技術研究[D];戰(zhàn)略支援部隊信息工程大學;2017年

6 孟凡琨;無人機目標跟蹤與避障研究[D];長安大學;2018年

7 王勛;基于擬態(tài)物理學的無人機編隊控制與重構方法研究[D];國防科學技術大學;2016年

8 徐淑芳;基于連通性的無人作戰(zhàn)網絡關鍵技術研究[D];南京航空航天大學;2017年

9 匡敏馳;尾座式推力矢量無人機飛行控制方法研究[D];清華大學;2017年

10 紀曉婷;基于概率模型檢驗的無人機不確定決策理論與方法研究[D];國防科學技術大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 李學國;基于無人機遙感光譜圖像的小麥玉米長勢精準監(jiān)測研究[D];山東農業(yè)大學;2019年

2 李利利;無人機航測在農田土地鹽堿化監(jiān)測中的應用研究[D];華北水利水電大學;2019年

3 任麗君;基于機載單相機的無人機姿態(tài)角測量系統(tǒng)研究[D];合肥工業(yè)大學;2019年

4 時銘慧;圖像識別應用于巡線飛控的研究[D];華北水利水電大學;2019年

5 楊倩;基于無人機的大比例尺數字地形圖的制作及精度實證研究[D];江西理工大學;2019年

6 賀震;旋翼無人機自主充電系統(tǒng)設計[D];華北電力大學;2019年

7 邵振程;應用于農業(yè)植保領域的無人機測繪技術研究[D];杭州電子科技大學;2019年

8 申海亞;多旋翼無人機復合導航系統(tǒng)設計[D];江蘇大學;2018年

9 王磊富;四旋翼無人機路徑跟蹤控制系統(tǒng)設計與實現[D];華中科技大學;2019年

10 陳桃斌;基于傳感器輔助的無人機自適應視頻流比特率算法研究[D];華中科技大學;2019年

本文編號：2680396