5G无人机异构网络应急通信全覆盖算法设计与系统开发_廖逍

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ＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＶｏｌ．３９，Ｎｏ．１，２０２３开发应用微型电脑应用２０２３年第３９卷第１期文章编号：１００７－７５７Ｘ（２０２３）０１－０１８２－０３５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖算法设计与系统开发廖逍１，李宽荣２，白景坡１，孙同展２，卢大玮１（１．国网信息通信产业集团有限公司，北京１０２２１１；２．天津市普迅电力信息技术有限公司，天津３０００００）摘要：传统通信全覆盖算法存在负载不均衡问题，为此，基于网格分区块融合聚类设计了５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖算法，并采用嵌入式方法完成系统设计。采用空间网络均衡调度技术均衡异构网络应急通信的负载。利用嵌入式的Ｌｉｎｕｘ和Ｂ／Ｓ构架协议，实现对网络应急通信全覆盖系统开发与设计。仿真结果表明，所提算法均衡性更优，且误码率更低，实验结果验证了所提算法具有理想的应用效果。关键词：５Ｇ无人机；异构网络；应急通信；全覆盖算法；模糊加权控制；扩频处理中图分类号：ＴＮ９１９文献标志码：ＡＦｕｌｌＣｏｖｅｒａｇｅＡｌｇｏｒｉｔｈｍＤｅｓｉｇｎａｎｄＳｙｓｔｅｍＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆ５ＧＵＡＶＨｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓＮｅｔｗｏｒｋＥｍｅｒｇｅｎｃｙＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ１，ＬＩＫｕａｎｒｏｎｇ２，ＢＡＩＪｉｎｇｐｏ１，ＳＵＮＴｏｎｇｚｈａｎ２，ＬＵＤａｗｅｉ１ＬＩＡＯＸｉａｏ（１．ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｔａｔｅＧｒｉｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＧｒｏｕｐＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２１１，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｉａｎｊｉｎＲｉｃｈｓｏｆｔＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｆｕｌｌｃｏｖｅｒａｇｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｓｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｕｎｂａｌａｎｃｅｄｌｏａｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ａｆｕｌｌｃｏｖｅｒａｇｅａｌ－ｇｏｒｉｔｈｍｏｆ５ＧＵＡＶ’ｓｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｎｇｒｉｄｂｌｏｃｋｆｕｓｉｏｎｃｌｕｓｔｅｒｉｎｇｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ａｎｄｅｍｂｅｄｄｅｄｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ．Ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｎｅｔｗｏｒｋｂａｌａｎｃｅｄｓｃｈｅｄｕｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｓｕｓｅｄｔｏｂａｌａｎｃｅｔｈｅｅｍｅｒ－ｇｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｌｏａｄｏｆｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｅｔｗｏｒｋｓ．ＢｙｕｓｉｎｇｅｍｂｅｄｄｅｄＬｉｎｕｘａｎｄＢ／Ｓａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｔｈｅｆｕｌｌｃｏｖｅｒ－ａｇｅｓｙｓｔｅｍｏｆｎｅｔｗｏｒｋｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｉｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏ－ｒｉｔｈｍｈａｓｂｅｔｔｅｒｂａｌａｎｃｅａｎｄｌｏｗｅｒｂｉｔｅｒｒｏｒｒａｔｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｓｉｄｅａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：５ＧＵＡＶ；ｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｏｕｓｎｅｔｗｏｒｋ；ｅｍｅｒｇｅｎｃｙｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｆｕｌｌｃｏｖｅｒａｇｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｆｕｚｚｙｗｅｉｇｈｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌ；ｓｐｒｅａｄｓｐｅｃｔｒｕｍｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ为改善该问题，本文提出基于网格分区块融合聚类的０引言５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖算法。目前，５Ｇ通信技术在无人机通信中的应用逐渐普遍。１应急通信信道模型构建及特征分析５Ｇ是面向２０２０年以后移动通信需求而发展起来的新一代移动通信系统，在传输速率和资源利用率等方面较４Ｇ系统１．１５Ｇ无人机异构网络应急通信信道模型［６］，结合脉动冲激响应分析获得大幅提升。通过传输节点优化部署控制技术，结合抗干构建应急通信传输信道模型［７－８］，得到全覆盖信道下的多径特扰技术实现５Ｇ无人机异构网络应急通信的优化控制，能够和节点优化部署模型设计改善５Ｇ无人机异构网络应急通信的质量，相关的５Ｇ无人征分量为机异构网络应急通信全覆盖系统设计方法研究受到人们的ｔｖ＝ｓ（ｍ）＋ｐｅ＋ｑ（y）（１）［１－３］。文献［４］提出基于功率输出增益调度的５Ｇ无极大关注其中，ｓ（ｍ）为无人机异构网络应急通信信道特征参数，ｐｅ为人机异构网络应急通信全覆盖控制方法，文献［５］提出基于５Ｇ无人机异构网络应急通信的空间密度检测参数，ｑ（y）为［９］联合特征分析的５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖控制方通信连接的均衡调度方法参数。据此构建５Ｇ无人机异构［１０］法，但均存在通信信道均衡性不好的问题。网络应急通信全覆盖信道的动态特征响应模型，得到接作者简介：廖逍（１９８９－），男，硕士，高级工程师，研究方向为电力信息通信、电力人工智能、输变电智能运检；李宽荣（１９７２－），男，硕士，工程师，研究方向为车联网技术、地理信息技术、无人机自主巡检技术；白景坡（１９８５－），男，本科，工程师，研究方向为电力信息通信、输变电智能运检；孙同展（１９９７－），男，本科，助理工程师，研究方向为无人机自主巡检技术；卢大玮（１９８７－），男，博士，工程师，研究方向为电力信息通信、电力人工智能。·１８２·

1ＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＶｏｌ．３９，Ｎｏ．１，２０２３开发应用微型电脑应用２０２３年第３９卷第１期收机输入端的信号强度为－κ＋κＢ０＝＋Ｚ０（１１）ａｎ（ｔ）＋τｎ（ｔ）ｒ（ｆ）Ｗ＝（２）其中，κ＝ρ２、κ－－２分别为模糊特征参数，ｒ（ｆ）为５Ｇ无ｔｖ０ｃ０＝ρ０ｃ０其中，ａｎ（ｔ）是第ｎ条路径上５Ｇ无人机异构网络应急通信全人机异构网络通讯的扩展处理，Ｚ０为全覆盖关系模型。覆盖传输的冲激响应特征量，τｎ（ｔ）为第ｎ条多径传输链路的５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖算法流程图如图１干扰强度。所示。５Ｇ无人机异构网络应急通信信道模型为Ｒ（ｗ）＝Ｗ＋［y＋ｍｉ］（３）其中，y为系统的信道输出响应特征参数，ｍｉ为多频载波调制参数。２５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖算法２．１信道均衡设计设定５Ｇ无人机异构网络的混频信号ｓ（ｔ），有ｓ（ｔ）＝ｓ′（ｔ），传输时延为ｖｊ（ｂ）＋ｘｖＱ＝（４）ｓ（ｔ）其中，ｖｊ（ｂ）为应急通信信道的扩展损失函数，ｘｖ为５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖的输出功率函数。根据提取的５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖节点覆参数，输出为ｐｒｉ（ｔ）＝Ｑ＊ｈｉ（ｔ）＋ｎｐｉ（ｔ）（５）图１５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖算法流程图其中，ｈｉ（ｔ）为ｐ（ｔ）中５Ｇ无人机异构网络应急通信信道的特征匹配函数，ｎｐｉ（ｔ）应急通信信道的扩展函数。根据检测符３系统开发设计号的判决序列得到展开系数Ａｌ为在上述５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖的算法设计Ａｌ＝ｐｒｉ（ｔ）＋ｊ（ｇ）（６）基础上，实现系统开发。采用嵌入式的Ｌｉｎｕｘ和Ｂ／Ｓ构架协υ其中，υ为信号混叠的频谱响应特性参数，ｊ（ｇ）为频率响应函议，构建人机交互接口单元，通过ＶＩＸ总线调度方法，构建数。在最佳采样延迟表示为５Ｇ无人机异构网络应急通信覆盖系统的硬件集成调度，得Δ（Ｂ）＝Ａｌ＋［υ＋λ］（７）到系统设计如图２所示。其中，λ为样本特征参数，根据上述分析，提取通信信道的冲激响应特征量，利用改进的均衡算法，得到空间调度参数分别为ρ－、Ｃ，采用模糊加权控制方法实现５Ｇ无人机异构网络０通信的扩频处理，得到扩频参数序列可表示为Ｈ＝ｃｏｓΔ（Ｂ）＋（ρ－＋Ｃ０）（８）［１１］，得到输出径向特征参根据Ｔｓ／４采样间隔均衡控制数为Ｈ＋Δ（Ｂ）Ｃｍ（ｅ）＝（９）Ｔｓ／４根据上述分析，实现５Ｇ无人机异构网络应急通信的信道均衡处理。２．２通信节点全覆盖部署根据５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖节点的边界条件阈值，便可确定Ｂｌ，表示为Ｄ－ｌ＋Ｇｌ＋εｌ＋δｌＢｌ＝Ｃｍ（ｅ）＋（１０）ｋ其中Ｄ（ｋ），Ｇ（ｋ），ε－（ｋ），δ（ｋ），均为５Ｇｌ＝Ｄｌｌ＝Ｇｌｌ＝εｌｌ＝δｌ无人机异构网络应急通信全覆盖节点分布区域ｋ的函数，且以上函数采用多普勒频移控制的方法，得到５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖的阈值参数满足ｋ≪１，ｋ≪１，因此当变图２系统设计硬件结构图量ｋ≪１时，得到覆盖参数范围集Ｂ０简化为·１８３·

2ＭｉｃｒｏｃｏｍｐｕｔｅｒＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓＶｏｌ．３９，Ｎｏ．１，２０２３开发应用微型电脑应用２０２３年第３９卷第１期４仿真实验与结果分析５总结为了测试本文设计的５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆本文提出基于网格分区块融合聚类的５Ｇ无人机异构网盖系统的通信性能，进行实验测试分析。５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖算法和系统开发方法。仿真实验测试结络应急通信全覆盖传输信号模型如图３所示。果表明，本文方法进行５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖控制的输出均衡性较好，误码率较低。参考文献［１］刘涛，孟青，韩建宁．基于神经网络的计算机通信系统干扰信号分离［Ｊ］．吉林大学学报（理学版），２０１７，５５（ａ）（６）：１５４５－１５５１．［２］陈维兴，刘清涛，孙习习，等．机坪感知网络的快速收敛平均一致性时间同步算法［Ｊ］．计算机应用，２０２０，４０（１１）：３４０７－３４１２．［３］张冬梅，茹安狄，程善．通信受限下网络化多传感器（ｂ）系统序贯卡尔曼滤波加权融合［Ｊ］．控制与决策，图３５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖传输信号模型２０１７，３２（１２）：２１６２－２１６８．根据图３的全覆盖传输信号模型，进行５Ｇ无人机异构［４］ＯＴＥＲＯＶ，ＶＡＮＤＥＫＥＲＣＨＤＶＥＲＢ，ｅｔａｌ．Ｍａｎ－网络应急通信全覆盖控制，得到通信信号均衡输出如图４ａｇｉｎｇｍａｎｇｒｏｖｅｆｏｒｅｓｔｓｆｒｏｍｔｈｅｓｋｙ：Ｆｏｒｅｓｔｉｎｖｅｎｔｏ－所示。ｒｙｕｓｉｎｇｆｉｅｌｄｄａｔａａｎｄＵｎｍａｎｎｅｄＡｅｒｉａｌＶｅｈｉｃｌｅ（ＵＡＶ）ｉｍａｇｅｒｙｉｎｔｈｅＭａｔａｎｇＭａｎｇｒｏｖｅＦｏｒｅｓｔＲｅ－ｓｅｒｖｅ，ｐｅｎｉｎｓｕｌａｒＭａｌａｙｓｉａ［Ｊ］．ＦｏｒｅｓｔＥｃｏｌｏｇｙ＆Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，２０１８，４１１：３５－４５．［５］余世明，周景远，何德峰，等．随机有界通信时延下传感器网络中的一致性时钟同步算法［Ｊ］．控制与决策，２０２０，３５（５）：１１５９－１１６６．［６］ＰＨＡＮＬＡ，ＫＩＭＴ，ＫＩＭＴ，ｅｔａｌ．Ｐｏｓｔｅｒａｂｓｔｒａｃｔ：ａｆａｓｔｃｏｎｓｅｎｓｕｓ－ｂａｓｅｄｔｉｍｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｗｉｔｈｖｉｒｔｕａｌｌｉｎｋｓｉｎＷＳＮｓ［Ｃ］／／ＩＥＥＥＩＮＦＯＣＯＭ图４通信全覆盖均衡输出２０１９—ＩＥＥＥＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＣｏｍｐｕｔｅｒＣｏｍｍｕｎｉｃａ－分析图４得知，随着时间的不断变化，所提方法的均衡ｔｉｏｎｓＷｏｒｋｓｈｏｐｓ．Ｐａｒｉｓ，Ｆｒａｎｃｅ．ＩＥＥＥ，２０１９：参数持续保持在０．０左右，由此可以证明，本文方法进行５Ｇ１０１９－１０２０．无人机异构网络应急通信全覆盖控制的输出均衡性较好。［７］张秋月，张林让，谷亚彬，等．恒包络ＯＦＤＭ雷达通信为验证本文方法的实际有效性，将误码率作为测试指一体化信号设计［Ｊ］．西安交通大学学报，２０１９，５３标，输出误码率测试结果如表１所示。（６）：７７－８４．［８］冯径，熊鑫立，蒋磊．软件通信适配器的调制模式识别表１输出误码率测试算法［Ｊ］．东南大学学报（自然科学版），２０１７，４７（３）：迭代次数本文方法文献［４］文献［５］４５６－４６０．１０００．１４６０．１７８０．１７７［９］徐敏，李明，郑建忠，等．基于ＯｐｅｎＳｔａｃｋ的Ｓｗｉｆｔ负２０００．０６３０．１５３０．１４２载均衡算法［Ｊ］．计算机系统应用，２０１８，２７（１）：１２７－１３１．３０００．０３４０．１３９０．１２０［１０］梁金鹏，李正权．面向楼梯应急通信系统的随机多簇４０００．０１００．０９６０．０９５信道模型［Ｊ］．计算机工程与应用，２０２０，５６（１７）：分析表１得知，随着迭代次数的不断增加，文献［４］方法１０９－１１４．和文献［５］方法的最低误码率分别为０．０９６和０．０９５，而本文［１１］王宏伟，连捷．基于切换原理的非均匀采样系统输出方法的最低误码率达到了０．０１０，由此可以证明，本文方法进反馈控制［Ｊ］．电子学报，２０２０，４８（１）：２８－３４．行５Ｇ无人机异构网络应急通信全覆盖控制的输出误码率较（收稿日期：２０２１－０３－０９）低，提高了通信质量。·１８４·