Энергоэффективные беспилотные системы связи с БПЛА на основе технологий 5G

С развитием новых технологий беспроводной связи, таких как Интернет вещей (IoT), Индустрия 4.0 и т.д., Количество подключенных устройств экспоненциально увеличивается в сетях связи пятого поколения (5G) и за их пределами. Поэтому потребление энергии сетями связи значительно возрастает, что требует устойчивых источников энергии для продления срока службы беспроводных сетей с ограниченными энергетическими возможностями. В этом отношении сбор радиочастотной энергии представляет собой новую парадигму, которая позволяет беспроводным узлам пополнять свои встроенные накопители энергии (например, перезаряжаемые батареи, суперконденсаторы) за счет радиочастотных сигналов вместо фиксированных электросетей. За последнее десятилетие в этом направлении была проведена заметная исследовательская деятельность и достигнуты значительные успехи как в научных кругах, так и в промышленности. Аналогичным образом, БПЛА недавно были предусмотрены в качестве технологии, обеспечивающей 5G и более поздние возможности. Беспилотные летательные аппараты могут использоваться для поддержания непрерывной связи между увеличивающимся числом устройств в новых технологиях беспроводной связи. Тем не менее, управление энергопотреблением в беспилотном летательном аппарате было одним из основных вопросов, требующих рассмотрения из-за его ограниченного энергоснабжения. В этой связи интеграция методов r с сетями связи, поддерживаемыми беспилотными летательными аппаратами, стала перспективным направлением исследований с точки зрения распределения и оптимизации ресурсов. В этой диссертации мы выполняем распределение ресурсов и оптимизацию для четырех различных приложений беспроводных сетей связи с поддержкой передачи информации и мощности с помощью БПЛА, БПЛА в качестве ретранслятора в совместной связи, сбора данных с помощью БПЛА в беспроводной сенсорной сети, обновления данных БПЛА в качестве двухстороннего ретранслятора и БПЛА в качестве ретранслятора с кэшированием, соответственно. Основной целью исследовательского проекта является оптимизация параметров сбора энергии на БПЛА таким образом, чтобы производительность системы последовательно удовлетворяла ожидаемому качеству обслуживания (QoS), аналогичному обычным аналогичным установкам беспроводной связи без возможностей сбора радиочастотной энергии. В первом рабочем пакете, для совместной системы, поддерживаемой беспилотными летательными аппаратами, предлагается единая схема EH, использующая радиочастотную беспроводную передачу мощности (БПЭ), одновременную беспроводную передачу информации и мощности (ОБПИМ) и методы сбора энергии с помощью помех, а затем мы оптимизируем распределение ресурсов таким образом, чтобы производительность предложенной единой схемы сбора энергии превосходила конкурентные схемы, доступные в литературе. Во втором рабочем пакете предлагается новая схема сбора данных с помощью беспилотных летательных аппаратов для беспроводных сенсорных сетей (БСС) с асимптотическим решением и эвристическими алгоритмами для оптимизации распределения ресурсов при одновременном снижении сложности и времени выполнения по сравнению с традиционным методом исчерпывающего поиска. Предлагаемая установка БСС превосходит традиционную БСС с точки зрения энергоэффективности и вероятности отключения. В пакете twork свежесть данных ОБПИМ на основе разделения мощности позволила использовать двустороннее усиление и передачу с помощью БПЛА исследуется система совместной связи с учетом аппаратных недостатков передатчика и приемника. В частности, сформулированы две задачи оптимизации для определения оптимального коэффициента PS, которые максимизируют соотношение сигнал/шум плюс искажение (SNDR) и минимизируют возраст информации (AoI) в пункте назначения соответственно. Наконец, предлагается сеть связи с кэшированием на основе БПЛА, и распределение ресурсов вместе с траекторией БПЛА оптимизируется для максимального увеличения скорости предоставления информации пользователям.