1.5 无人机支持的无线网络的关键研究挑战

本节讨论了在实际部署中无人机作为空中无线节点所面临的一些关键研究挑战。

1.5.1 无人机的最佳部署

基于无人机的通信中，关键研究挑战之一就是悬停无人机的最佳三维部署。无人机的机动性和高度可调整的能力为无人机的有效部署提供了新的可控量，以提高网络容量和覆盖范围。事实上，在无人机通信中，无人机的部署比传统的地面通信更具挑战性，因为空对地传播的特性随着无人机的位置而改变。为了有效地部署无人机，还必须考虑无人机的飞行时间和能量限制，因为它们会影响网络的性能。此外，合作信道干扰和无人机空中碰撞的可能性使得同时部署多个无人机更具挑战性。另一个重要挑战是在有地面网络情况下的无人机部署。现有文献广泛讨论了无人机部署问题，包括覆盖率最大化[17，29，30，33，33]、物联网设备的数据收集[31]、无人机辅助无线网络[27]、灾难场景[49]和缓存应用[22]。

1.5.2 无人机轨迹优化

可移动无人机的最优轨迹设计是无人机通信的一个重要问题。具体来说，最优路径规划器对于从地面传感器收集和缓存数据的无人机来说至关重要。无人机的轨迹优划主要受目标区域的尺寸、任务的飞行时间、地面用户的预期服务质量要求以及能量限制的影响。除了物理参数外，无人机轨迹优化在分析上是一个具有挑战性的问题，因为它涉及与无人机位置相关的固定数量的变量优化[1]。此外，无人机轨迹优化需要将无线通信中的不同预期服务质量指标与无人机的移动性相耦合。最近，有许多关于无人机与其无线通信指标联合的轨迹优化研究，如参考文献[50-52]中的吞吐量最大化和参考文献[53，54]中的节能无人机通信。

1.5.3 能量效率和资源管理

当无人机在关键场景下运行时（如收集物联网设备的数据、保障公共安全、支持蜂窝无线网络），需要关注其能量效率和资源管理。资源管理是无人机通信中的一个主要挑战，这与蜂窝通信不同[55]。然而，由于无人机飞行时间、移动模式、有限的能源和频谱效率之间的相互作用，无人机通信在无线电资源管理方面引入了额外的障碍。因此，参考文献[56]中将资源管理与无人轨迹规划进行了联合优化。

电池驱动的无人机可用的机载能量有限，必须用于推进和完成通信相关任务[5]。连续和长期的无线覆盖限制了无人机的飞行时间。无人机的能量消耗还取决于其路径、天气状况和无人机的任务。因此，在规划基于无人机的通信系统时，必须明确地考虑到无人机的能量限制。多项工作都研究了能源效率和最佳无人机轨迹之间的相互作用[53-55]。