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面向差异化需求的无人机网络通信定位一体化资源分配与节点部署方法

赵艺成 王海 秦蓁 孙伟皓

赵艺成, 王海, 秦蓁, 孙伟皓. 面向差异化需求的无人机网络通信定位一体化资源分配与节点部署方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT260819
引用本文: 赵艺成, 王海, 秦蓁, 孙伟皓. 面向差异化需求的无人机网络通信定位一体化资源分配与节点部署方法[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT260819
ZHAO Yicheng, WANG Hai, QIN Zhen, SUN Weihao. Resource Allocation and Node Deployment for Multi-UAV Integrated Localization and Communication with Differentiated Requirements[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT260819
Citation: ZHAO Yicheng, WANG Hai, QIN Zhen, SUN Weihao. Resource Allocation and Node Deployment for Multi-UAV Integrated Localization and Communication with Differentiated Requirements[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT260819

面向差异化需求的无人机网络通信定位一体化资源分配与节点部署方法

doi: 10.11999/JEIT260819 cstr: 32379.14.JEIT260819
详细信息
    作者简介:

    赵艺成:男,博士生,研究方向为无人机通信、通信定位一体化。第一作者 xiaonianhua@aeu.edu.cn

    王海:男,教授,研究方向为无线自组网和软件定义网络

    秦蓁:女,讲师,研究方向为边缘计算和组合优化

    孙伟皓:男,博士生,研究方向为网络规划

    通讯作者:

    王海 

  • 中图分类号: TN918.91

Resource Allocation and Node Deployment for Multi-UAV Integrated Localization and Communication with Differentiated Requirements

  • 摘要: 面向地面网络覆盖薄弱和全球导航卫星系统受限环境中智能终端的差异化通信定位需求,该文研究了无地面基站场景下无人机网络通信定位一体化服务的资源分配与节点部署问题。具体而言,如何通过无人机网络的资源分配与节点部署,最大程度满足终端的差异化通信定位服务需求。由于网络中物理资源被通信与定位服务共享且节点部署位置同时影响数据传输与协同定位,导致上述问题高度耦合且具有海量状态空间,较难求解。该文综合考虑终端在传输数据量、最低通信速率、定位精度门限等方面的差异以及终端服务优先级的不同,构建依赖无人机拓扑的网络服务价值模型。针对资源分配与节点部署耦合形成的混合非凸问题,提出一种网络服务价值驱动的迭代优化算法:在每轮迭代中,首先针对当前节点部署构造服务级连续资源代理,以分段一维搜索和价格二分交替优化时频资源,并将连续解恢复为原问题的可行解;随后依据资源响应生成结构化部署候选,经代理排序与束搜索筛选后,对保留的候选部署在新的服务关系下执行资源响应,以网络服务价值作为新部署及其对应资源分配结果的验收依据,直至无候选部署能够带来超过阈值的改进从而结束迭代。仿真结果表明,所提方法能够有效提高无人机网络的服务价值,并在双功能服务之间实现面向终端需求的资源权衡。
  • 图  1  无人机网络ILAC服务场景

    图  6  节点部署高度分析与部署位置优化

    图  2  不同评价指标下通信与定位需求偏差

    图  3  资源分配算法收敛性与近似解质量分析

    图  4  不同负载与时频资源下的资源分配算法服务价值对比

    图  5  不同部署方法的系统服务价值与时间开销

    1  服务价值驱动的资源分配与节点部署算法

     输入:初始部署$ {\boldsymbol{Q}}^{(0)} $,终端请求$ {s}_{j} $,资源池$ ({K}_{f},{K}_{t}) $,最大迭
     代次数$ {I}_{\text{out}} $,阈值$ \varepsilon $,候选参数$ ({K}_{q},{W}_{b},L) $
     输出:部署$ {\boldsymbol{Q}}^{*} $,可行排程$ {\boldsymbol{U}}^{*} $,服务价值$ V_{\text{sys}}^{*} $
     (1) 初始化$ n=0 $,$ {\mathcal{G}}^{(0)}=\mathcal{G}({\boldsymbol{Q}}^{(0)}) $
     (2) $ ({\boldsymbol{\xi }}^{(0)},{\boldsymbol{U}}^{(0)},V_{\text{sys}}^{(0)})=\mathcal{R}({\boldsymbol{Q}}^{(0)},{\mathcal{G}}^{(0)}) $
     (3) FOR $ n=0:{I}_{\text{out}}-1 $
     (4) 生成结构化候选并经代理与束搜索保留$ L $个,加入当前部署
     为第0个候选,并令$ \boldsymbol{Q}_{0}^{(n)}={\boldsymbol{Q}}^{(n)} $、$ V_{0}^{(n)}=V_{\text{sys}}^{(n)} $
     (5) FOR $ m=1:L $
     (6) $ \mathcal{G}_{m}^{(n)}=\mathcal{G}(\boldsymbol{Q}_{m}^{(n)}) $,$ (\boldsymbol{\xi }_{m}^{(n)},\boldsymbol{U}_{m}^{(n)},V_{m}^{(n)})=\mathcal{R}(\boldsymbol{Q}_{m}^{(n)},\mathcal{G}_{m}^{(n)}) $
     (7) END FOR
     (8) $ {m}^{*}\text{=arg}{\max }_{m\in\{0,1,\cdots,L\}}V_{m}^{(n)} $
     (9) IF$ V_{{m}^{*}}^{(n)}>V_{\text{sys}}^{(n)}+\varepsilon $,同步更新 $ \boldsymbol{Q},\boldsymbol{\xi },\boldsymbol{U},{V}_{\text{sys}} $;ELSE
     BREAK
     (10) END IF;END FOR
    下载: 导出CSV

    表  1  仿真参数设置表

    参数 数值
    频域PRB数量$ {K}_{f} $ $ \left[50,300\right]\in{\mathbb{N}}^{+} $
    时域时隙数$ {K}_{t} $ $ \left[150,350\right]\in{\mathbb{N}}^{+} $
    通信数据需求$ d_{j}^{c} $ $ \left[0.8,3.5\right] $ Mbit
    定位精度需求$ {\sigma }_{j} $ $ \left[0.5,10\right] $ m
    单时隙业务PRB上限$ K_{j}^{{q}_{\max }} $ $ 50 $
    单服务时隙数上限$ \tau _{j}^{{q}_{max}} $ $ 30 $
    3类终端需求权重($ w_{j}^{c},w_{j}^{l} $) $ \left(0.2{,}0.8\right)、(0.5{,}0.5)、(0.8{,}0.2) $
    单PRB带宽时隙参数($ {B}_{0},{T}_{0} $) $ \left(180\;\text{kHz},1\;\text{ms}\right) $
    信道参数($ {f}_{c},{a}_{\text{e}},{b}_{\text{e}},{\eta }_{\text{LoS}},{\eta }_{\text{NLoS}} $) $ \left(2.1\;\text{GHz},9.61{,}0.16{,}1\;\text{dB},20\;\text{dB}\right) $
    ToA测量模型参数($ \psi , $$ \varsigma _{}^{2} $) $ (1.2665×10 $–2 $ ,6×10 $–18$ {\text{s}}^{2}) $
    噪声与功率谱密度($ {N}_{0},{P}_{0} $) $ \left(-174\;\text{dBm/Hz},-49.5\;\text{dBm/Hz}\right) $
    最大发射功率$ {P}_{\max } $ $ 23\;\text{dBm} $
    超参数($ {I}_{in},{I}_{out},\varepsilon $) $ (30,50,10 $–3 $ ) $
    Monte Carlo次数$ {N}_{MC} $ $ 30 $
    下载: 导出CSV
  • [1] 新华社. 中华人民共和国国民经济和社会发展第十五个五年规划纲要[EB/OL]. https://www.gov.cn/yaowen/liebiao/202603/content_7062633.htm, 2026. (查阅网上资料,未找到本条文献英文翻译信息,请确认).
    [2] PAN Yu, LI Ruoguang, DA Xinyu, et al. Cooperative trajectory planning and resource allocation for UAV-enabled integrated sensing and communication systems[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2024, 73(5): 6502–6516. doi: 10.1109/TVT.2023.3337106.
    [3] 孙伟皓, 王海, 秦蓁, 等. 机会无人机辅助数据收集的组网和资源分配方法[J]. 电子与信息学报, 2025, 47(5): 1381–1391. doi: 10.11999/JEIT241053.

    SUN Weihao, WANG Hai, QIN Zhen, et al. Networking and resource allocation methods for opportunistic UAV-assisted data collection[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2025, 47(5): 1381–1391. doi: 10.11999/JEIT241053.
    [4] YANG Yang, CHEN Mingzhe, BLANKENSHIP Y, et al. Positioning using wireless networks: Applications, recent progress, and future challenges[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2024, 42(9): 2149–2178. doi: 10.1109/JSAC.2024.3423629.
    [5] YANG Zheyuan, BI Suzhi, and ZHANG Y J A. Deployment optimization of dual-functional UAVs for integrated localization and communication[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2023, 22(12): 9672–9687. doi: 10.1109/TWC.2023.3273159.
    [6] JIANG Yifan, WU Qingqing, CHEN Wen, et al. UAV-enabled integrated sensing and communication: Tracking design and optimization[J]. IEEE Communications Letters, 2024, 28(5): 1024–1028. doi: 10.1109/LCOMM.2024.3379504.
    [7] WU Jun, YUAN Weijie, and BAI Lin. On the interplay between sensing and communications for UAV trajectory design[J]. IEEE Internet of Things Journal, 2023, 10(23): 20383–20395. doi: 10.1109/JIOT.2023.3287991.
    [8] LI Biwei, WANG Xianbin, XIN Yan, et al. Value of service maximization in integrated localization and communication system through joint resource allocation[J]. IEEE Transactions on Communications, 2023, 71(8): 4957–4971. doi: 10.1109/TCOMM.2023.3280212.
    [9] 3GPP. TS 38.211 V17.0. 0-2022 NR Physical channels and modulation[S]. Sophia Antipolis, European Telecommunications Standards Institute (ETSI), 2022. (查阅网上资料, 未找到本条文献信息, 请确认).
    [10] SHEN Yuan and WIN M Z. Fundamental limits of wideband localization—part I: A general framework[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2010, 56(10): 4956–4980. doi: 10.1109/TIT.2010.2060110.
    [11] KELLY F P, MAULLOO A K, and TAN D K H. Rate control for communication networks: Shadow prices, proportional fairness and stability[J]. Journal of the Operational Research Society, 1998, 49(3): 237–252. doi: 10.1057/palgrave.jors.2600523.
    [12] KWON G, CONTI A, PARK H, et al. Joint communication and localization in millimeter wave networks[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2021, 15(6): 1439–1454. doi: 10.1109/JSTSP.2021.3113115.
    [13] YANG Liu, WEI Yifei, FENG Zhiyong, et al. Deep reinforcement learning-based resource allocation for integrated sensing, communication, and computation in vehicular network[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2024, 23(12): 18608–18622. doi: 10.1109/TWC.2024.3470873.
    [14] 金飞鸿, 张静, 谢亚琴. 用户需求差异化场景下信息年龄优先的多无人机部署及资源分配方法[J]. 电子与信息学报, 2026, 48(1): 253–263. doi: 10.11999/JEIT251062.

    JIN Feihong, ZHANG Jing, and XIE Yaqin. AoI-prioritized multi-UAV deployment and resource allocation method in scenarios with differentiated user requirements[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2026, 48(1): 253–263. doi: 10.11999/JEIT251062.
    [15] XU Renjie, HUANG Zhaoke, WANG Chenwei, et al. Evolving collaborative differential evolution for dynamic multi-objective UAV path planning[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2026, 75(5): 7456–7468. doi: 10.1109/TVT.2025.3632847.
    [16] BENZAGHTA M, GERACI G, LÓPEZ-PÉREZ D, et al. Cellular network design for UAV corridors via data-driven high-dimensional Bayesian optimization[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2025, 24(9): 7530–7545. doi: 10.1109/TWC.2025.3561066.
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出版历程
  • 修回日期:  2026-08-17
  • 录用日期:  2026-08-17
  • 网络出版日期:  2026-08-25

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