基于蜂窝网络的无人机通信系统设计
这是一篇关于无人机,蜂窝网络,通信系统,传输时延,蜂窝网测试的论文, 主要内容为5G(5th Generation Mobile Communication Technology)蜂窝网络的商业化给无人机带来了广阔的发展前景和巨大的应用价值。当无人机接入蜂窝网络之后,可以实现广泛的通信连接覆盖,并且依靠蜂窝网络高额链路带宽,可以拓宽无人机的应用范围。但目前蜂窝网络主要是为地面用户提供服务,无人机接入蜂窝网络还存在诸多问题。首先是需要有合适的天线信号覆盖模型,在服务地面用户的同时保证空中无人机通信质量的。在飞行过程中,邻近基站之间视距通信(Line of Sight,Lo S)信道干扰和无人机对地面用户干扰的管理策略。还有针对无人机高机动性的移动性管理,减少不必要的基站切换。以及无人机通信数据在网络中传输时会受网络波动的影响,出现丢包、粘包、乱序、信息失效等问题。本文将对蜂窝网络接入问题和无人机通信数据传输问题展开研究。本文先是结合无人机对接入管控、飞行管控、服务部署等应用的需求,以及当前接入蜂窝网络的问题,设计了蜂窝网络无人机系统框架,该框架含用户终端、蜂窝网络无人机和公网服务器三个角色。然后制定了用户与无人机之间的通信流程,并对无人机服务系统的各个功能进行了定义。基于该框架,本文实现了一套蜂窝网络无人机通信系统。系统使用通用无人机接口,可以方便地部署在各种无人机中。并且针对无人机数据传输问题,本文制定了无人机的通信协议,优化传输层协议和系统底层网络I/O(Input/Output)调用,以保证无人机通信可靠的同时,最小化通信时延。这套系统实现了用户端控制程序、公网服务器转发程序以及蜂窝网络无人机通信系统硬件平台,并在小型无人机上部署了该系统,飞行实测验证了系统的功能。为了研究无人机接入蜂窝网络的问题,本课题还实现了一套蜂窝网络数据测量系统,系统包含一架搭载智能机的测试无人机和一台测试服务器,并实现了数据采集程序和对应的测试服务程序。然后在郊区环境下测试了不同高度的基站切换、蜂窝网络指标参数和网络传输性能,并对实测数据进行了分析。结果表明:无人机在高空中只能接收到微弱的旁瓣信号,快速变化的信号强度导致无人机通信不稳定和频繁的基站切换;用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)更适合无人机数据传输,传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)的网络拥塞机制会增加通信延迟。蜂窝网络指标参数低于某临界值时,无人机通信失效率会陡增,该值可以作为无人机服务基站选择、基站切换策略、时延敏感应用设计的参考依据。
基于蜂窝网络的无人机通信系统设计
这是一篇关于无人机,蜂窝网络,通信系统,传输时延,蜂窝网测试的论文, 主要内容为5G(5th Generation Mobile Communication Technology)蜂窝网络的商业化给无人机带来了广阔的发展前景和巨大的应用价值。当无人机接入蜂窝网络之后,可以实现广泛的通信连接覆盖,并且依靠蜂窝网络高额链路带宽,可以拓宽无人机的应用范围。但目前蜂窝网络主要是为地面用户提供服务,无人机接入蜂窝网络还存在诸多问题。首先是需要有合适的天线信号覆盖模型,在服务地面用户的同时保证空中无人机通信质量的。在飞行过程中,邻近基站之间视距通信(Line of Sight,Lo S)信道干扰和无人机对地面用户干扰的管理策略。还有针对无人机高机动性的移动性管理,减少不必要的基站切换。以及无人机通信数据在网络中传输时会受网络波动的影响,出现丢包、粘包、乱序、信息失效等问题。本文将对蜂窝网络接入问题和无人机通信数据传输问题展开研究。本文先是结合无人机对接入管控、飞行管控、服务部署等应用的需求,以及当前接入蜂窝网络的问题,设计了蜂窝网络无人机系统框架,该框架含用户终端、蜂窝网络无人机和公网服务器三个角色。然后制定了用户与无人机之间的通信流程,并对无人机服务系统的各个功能进行了定义。基于该框架,本文实现了一套蜂窝网络无人机通信系统。系统使用通用无人机接口,可以方便地部署在各种无人机中。并且针对无人机数据传输问题,本文制定了无人机的通信协议,优化传输层协议和系统底层网络I/O(Input/Output)调用,以保证无人机通信可靠的同时,最小化通信时延。这套系统实现了用户端控制程序、公网服务器转发程序以及蜂窝网络无人机通信系统硬件平台,并在小型无人机上部署了该系统,飞行实测验证了系统的功能。为了研究无人机接入蜂窝网络的问题,本课题还实现了一套蜂窝网络数据测量系统,系统包含一架搭载智能机的测试无人机和一台测试服务器,并实现了数据采集程序和对应的测试服务程序。然后在郊区环境下测试了不同高度的基站切换、蜂窝网络指标参数和网络传输性能,并对实测数据进行了分析。结果表明:无人机在高空中只能接收到微弱的旁瓣信号,快速变化的信号强度导致无人机通信不稳定和频繁的基站切换;用户数据报协议(User Datagram Protocol,UDP)更适合无人机数据传输,传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)的网络拥塞机制会增加通信延迟。蜂窝网络指标参数低于某临界值时,无人机通信失效率会陡增,该值可以作为无人机服务基站选择、基站切换策略、时延敏感应用设计的参考依据。
基于多技术的路面积水监测预警系统的设计与实现
这是一篇关于路面积水,预警,车载网络,蜂窝网络,内涝预测,Android,ZigBee的论文, 主要内容为随着全球变暖和极端天气的出现,夏季降雨频率增多,降雨量增大,且城市地下管线建设的滞后,使得城市内涝问题日趋严重。近年来由于城市内车辆数目的增加,因道路积水而导致的车辆涉水熄火以及不必要的人员伤亡和财产损失的事件屡屡发生。传统的预警方法是在路边安装数据采集设备,采用LED显示屏就地显示预警信息、以GSM短消息的方式将预警信息发送给相关人员等。这种方法首先需要建成大量的路边设备,其次是预警的实时性无法得到保证。针对这一情况,本文提出了一种基于多技术的路面积水监测预警系统,实现了积水预警的实时性和准确性。本论文的主要工作如下:(1)设计并构建了在真实环境下基于ZigBee的车与车、车与路边单元、路边单元与服务器之间的通信,并进行了连接测试和通信测试,实现了路面积水即时预警系统的通信部分。(2)利用OMNeT++仿真平台搭建了基于ZigBee通信的物联网仿真场景,模拟了完整的路面积水即时预警过程。(3)利用指数平滑预测法处理路边接收单元采集的积水数据,在提高预测精度的基础上完成对监测路段积水量的预测。(4)以Android作为前端,PC机作为后台服务器,建立路面积水综合预警系统。同时,设计并实现了基于客户端/服务器架构的交互式路面积水预警系统并且为提高预警覆盖范围,提出用户上报的交互机制。通过本文对路面积水监测预警系统的设计,实现了预测预警并提高了预警准确性,最后系统通过了功能测试,验证了方案的可靠性,表明系统具有一定的应用前景。
面向蜂窝D2D通信的资源优化算法研究
这是一篇关于蜂窝网络,资源分配,端到端通信,车到车通信,聚类,强化学习的论文, 主要内容为频谱资源稀缺与移动设备数量快速增长之间的矛盾是下一代蜂窝网络亟待解决的一大难题。设备与设备间(Device to Device,D2D)通信技术通过复用蜂窝网络频谱资源实现相邻用户直接通信而不需要接入基站,因而可以缓解蜂窝网络频谱压力,提高传输速率,降低能耗。当D2D用户复用蜂窝频谱资源时,不可避免地会对蜂窝网中的其他用户产生干扰,从而限制了性能的进一步提升。因此,如何设计高效的资源优化方案,提高频谱效率并减少用户间干扰,成为了高质量D2D通信的关键。作为D2D通信在车联网中的应用,车辆到车辆间(Vehicle to Vehicle,V2V)通信技术在车联网安全领域中有着重要的作用,同时也面临着延迟和可靠性要求的挑战。本文重点关注面向蜂窝D2D通信的资源优化算法,主要研究工作如下:首先,本文提出了一种基于强化学习(Reinforcement Learning,RL)的D2D通信资源优化方案。该方案将用户分为与基站直接进行通信的蜂窝用户设备(Cellular User Equipment,CUE)和使用D2D通信的D2D用户设备(D2D User Equipment,DUE),并采用了基于策略梯度的Actor-Critic强化学习算法。在该算法中,状态定义成CUE的信噪比(Signal to Interference plus Noise Ratio,SINR)和D2D用户的通道选择参数,动作描述为信道数量以及每个用户的发射功率,奖励函数则是每个用户在采取行动后获得的吞吐量。Actor遵循基于参数的随机策略来给出连续的动作,而Critic则对策略进行估计并评估Actor的动作。仿真结果表明该算法相较于其他对比算法在吞吐量上具有明显的优势。其次,本文提出了一种车载网络(Vehicular ad hoc networks,VANETs)中V2V通信的资源优化方案。该场景中,V2V用户设备(V2V User Equipment,VUE)复用CUE的上行链路频谱资源。所提方案通过使用模糊聚类算法将属性值差异较大的VUE划分为不同的簇,以减少干扰,然后将频谱共享问题建模为加权三维匹配问题,并提出了一套资源分配算法兼顾性能与可靠性。结果表明,该方案在保证VUE通信链路可靠性的同时,最大化了CUE的速率。
基于多技术的路面积水监测预警系统的设计与实现
这是一篇关于路面积水,预警,车载网络,蜂窝网络,内涝预测,Android,ZigBee的论文, 主要内容为随着全球变暖和极端天气的出现,夏季降雨频率增多,降雨量增大,且城市地下管线建设的滞后,使得城市内涝问题日趋严重。近年来由于城市内车辆数目的增加,因道路积水而导致的车辆涉水熄火以及不必要的人员伤亡和财产损失的事件屡屡发生。传统的预警方法是在路边安装数据采集设备,采用LED显示屏就地显示预警信息、以GSM短消息的方式将预警信息发送给相关人员等。这种方法首先需要建成大量的路边设备,其次是预警的实时性无法得到保证。针对这一情况,本文提出了一种基于多技术的路面积水监测预警系统,实现了积水预警的实时性和准确性。本论文的主要工作如下:(1)设计并构建了在真实环境下基于ZigBee的车与车、车与路边单元、路边单元与服务器之间的通信,并进行了连接测试和通信测试,实现了路面积水即时预警系统的通信部分。(2)利用OMNeT++仿真平台搭建了基于ZigBee通信的物联网仿真场景,模拟了完整的路面积水即时预警过程。(3)利用指数平滑预测法处理路边接收单元采集的积水数据,在提高预测精度的基础上完成对监测路段积水量的预测。(4)以Android作为前端,PC机作为后台服务器,建立路面积水综合预警系统。同时,设计并实现了基于客户端/服务器架构的交互式路面积水预警系统并且为提高预警覆盖范围,提出用户上报的交互机制。通过本文对路面积水监测预警系统的设计,实现了预测预警并提高了预警准确性,最后系统通过了功能测试,验证了方案的可靠性,表明系统具有一定的应用前景。
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