基于渗透理论的无人机网络的覆盖性能分析

王钰宁，刘晓霞，李 芳

(1 四川水利职业技术学院信息工程系，四川崇州 611231;2 重庆大学计算机学院，重庆 400044)

0 引言

随着无人机(unmanned aerial vehicular,UAV)的快速发展，无线无人机网络(UAV network,UN)[1-2]已成为空间区域数据采集的有效平台。一个UN可能有几个至上百个UAV组成。实质上，UN是漂浮在空中移动自组织网络。然而，与传统的移动自组织网络不同，由于UAV节点的三维空间移动，UN的拓扑结构更为复杂。

部署UN的目的在于收集监测空间内的数据。因此，对空间区域实现无缝、连续网络覆盖是基本要求。据此，估计维持网络覆盖的临界节点密度(critical node density,CND)成为UN的研究热点之一[3]。如果节点密度高于CND，则就能保持网络覆盖。但是，由于UN是一个三维随机网络，估计CND是一项挑战工作。此外，由于不同类型UAV的覆盖区域不同，这些不同类型的UAV构成的网络属异构网络，这又增添了估计CND的难度。

为此，对无人机网络的覆盖性能进行分析。将监测进行六边形和正方形网格化，再结合渗透理论，推导维持监测区域内无缝、连续覆盖的单网格的节点密度。并利用试验数据分析所推导的单网格的节点密度的准确性。

1 系统模型

考虑如图1所示的系统模型。UN内有m个UAV组成，第i个UAV表示为ni，且i=1,2,…,m。令ri表示节点ni的通信半径。每个UAV在地面上覆盖区域为圆形区域[4]。对于节点ni，它的覆盖区域是以其位置ci为圆心，半径为Ri。为了表述简单，将此圆心称为节点的覆盖区足心。

图1 系统模型(m=3)

令(xi,yi,zi)表示节点ni的三维位置坐标。由于覆盖区域是投射至地面上的区域，其是二维区域，因此, 覆盖区足心ci的位置为(xi,yi,0)。……