无人机在物联网通信技术中的应用

无人机在物联网通信技术中的应用摘要：无人机在应用于物联网通信层面，能够作为传感器节点，有效改善物联网基础设施缺失的现状，提升物联网通信效果。本文在简要叙述无人机和物联网通信技术的基础上，分析目前物联网在网络覆盖层面存在的技术困难，并结合实际提出了无人机在物联网通信中的辅助作用，以期为物联网通信技术应用水平提升奠定理论基础。关键词：无人机；物联网；应用物联网是基于物的接入为基础，依托网络拓扑结构出现的新型技术。构建完善的物联网通信网络，对社会生产活动具有重要的提升作用。但是物联网体系构建中，由于技术和场景方面的影响，在整体覆盖层面还存在诸多方面的问题。将无人机应用于物联网数据分发和收集、数据中继等方面，能够有效弥补这方面的不足，从而为物联网应用水平提升起到更好的促进作用。1、 无人机和物联网通信技术1.1无人机的概念和应用无人机最早是军事侦查和目标打击等方面的无人驾驶航空设备，随着无人机的小型化和技术放开，使得其在民用领域的范围也不断拓展。无人机的使用是建立在无人机控制系统上的，其内容主要包括飞行姿势调整、自动定位及跟踪系统、视频监控等。而这些功能的实现，除无人机设备外，还需要地面控制站及通信链路的共同作用。近些年来，无人机的应用范围不断拓展，在地质勘察、林业监测、航拍摄影、空中快递等工业和商业领域中的应用水平不断提升，为社会经济发展起到积极的促进作用［1］。由于传统无人机受制于信息存储和传输的限制，使得其应用范围受到较大限制，因此将无人机与物联网有机结合，已经成为跨界研究热点问题之一。1.2常见物联网通信技术物联网是实现海量“物”数据收集并基于联网模式构建的网络系统，在物联网应用水平不断提升的背景下，能够为工业生产系统和社会公众生活提供更加便利的支撑。在目前的技术条件下，物联网主要有两种占比较高的通信技术，一种是涵盖射频识别、近场通信和低功率蓝牙等技术在内的低功率短程通信技术，也被称为是SRWC技术；另一种则是基于移动蜂窝网络、无线局域网和独立组网等运行的网络技术，被称为是LPWAN技术［2］。SRWC技术的应用历史较为悠久，资金成本投入低，但是其仅能够适用于短距离并且数据传输量较少的物联网通信场景，尤其是在工业物流的供应链管理方面，具有广泛的应用。而LPWAN则是在近些年高速发展起来的通信技术，其网络覆盖范围更广，运行功率也较低，因而能够适用于更多的物联网场景中。2、 物联网覆盖的技术困难2.1网络拓扑结构不灵活在目前物联网应用场景中，虽然对其实际应用具有较高的需求，但受制于经济效益和技术水平等因素影响，使得网络设施节点布置数量有限，仅能在较为便利的节点布置。在这种情形下，如果出现周边建筑或外界因素干扰，节点覆盖性能将会受到直接影响，甚至出现覆盖盲点现象。如何适应应用场景的变化要求，确保网络节点的灵活性，尽量提升网络覆盖性能，是物联网技术应用的首要要求。2.2存在远程覆盖盲区物联网远程覆盖盲区是物联网技术应用中需要面临的重要问题，对于运行主体而言，需要在网络构建成本和效益实现之间取得良好的平衡。在人口和工业生产较为密集的区域，网络节点布置能够实现其应有的经济效益和社会效益。但是在环境质量检测、林业管理和自然灾害检测等场景下，由于地理范围广阔，地理环境较为复杂，使得通信设施覆盖远无法达到物联网系统运行的要求。通过弹性扩展的物联网技术方案，在做好成本控制的基础上，实现物联网的远程接入，有效解决网络拓扑结构不完善和覆盖盲区问题，能够有效提升物联网应用水平。3、 无人机在物联网通信中的辅助应用3.1无人机辅助的边缘物联网无人机辅助的边缘物联网构建是指借助无人机设备和地面物联网节点的网络连接，实现网络拓扑弹性提升的网络构建模式。其通信性能主要取决于A2G/G2A链路，也就是空对地和地对空链路。在边缘物联网系统中，无人机的主要功能是作为中继或者基站节点，有效的实现地面网络设施的拓展和补充。基于无人机辅助的边缘物联网，能够实时完成数据上传和地面网络控制命令的接收。就实际应用层面而言，无人机在边缘物联网的应用场景包括建筑工地、城市灾区、高速公路施工和救援、城市人口密集但现有通信条件不足的区域。这些区域范围内，有些信号受到建筑物的遮蔽，有些则是狭长式而使得无线链路无法充分发挥作用［3］。将无人机作为按需中继节点、基站或者网络，有效拓展物联网节点，能够提供更为灵活的边缘接入网络。同时在边缘侧物联网工作过程中，会受到外界因素影响而造成网络节点运行不稳定，利用无人机的灵活性，可以将后续补充的物联网节点投掷在合适的区域，以提高网络稳定运行水平。3.2无人机辅助的协同物联网协同物联网是多个无人机在共同协调组织下，以网络结构形式完成需要范围内的协作通信任务。多个无人机协作的物联网通信是由多架无人机通过A2A链路实现协同通信，在完成大规模的“物”传感部署的情形下，开展数据采集或者遥感任务，并且能够基于A2G链路实现与地面控制器的网络连接。协同物联网模式在应用于偏远地区任务时，能够脱离地面控制器而转变为独立运行系统，在完成任务之后再按设计路径飞回地面控制中心，因此较之边缘物联网具有更高的灵活性，应用场景也更加广泛。例如在城市公路应急交通指挥，地震、台风等自然灾害区域的勘察和搜救等。根据数据上传链路形式的不同，可以利用就近的网络设施实现数据的实时传输。而具有延时功能的物联网应用，则需要借助卫星通信或者先将无人机召回再进行数据提取。4、 结束语随着无人机和物联网技术的同步提升，使得二者结合所能够应用的场景不断多元化，并且整体功能也不断完善。例如在空中监视、通信完全保护、水下数据采集等多种场景中，都可以达到良好的应用效果。例如在空中监视应用中，传统的无人机设备无法满足实时计算与资源存储需求，将无人机的监视系统进行网络连接，能够利用网络云端提升存储容量。在未来发展中，无人机辅助物联网通信技术整体水平还将不断提升，应用场景还将不断拓展，实现随处可"物联”的要求。参考文献［1］王兴权.探讨无人机辅助的物联网通信技术及其应用［J］.通讯