无人机辅助的物联网通信技术及其应用

无人机辅助的物联网通信技术及其应用

王超绵

吉林吉大通信设计院股份有限公司 吉林省 长春市 邮编：130012

摘要：物联网的关键在于利用地面网络为“物”节点提供网络覆盖与节点串联等服务，将“物”的实际数据收集整合后上传至终端控制系统做出相关指令。但因“物”节点具有固定因素，导致物联网的覆盖失去灵活性，在高移动性“物”节点动态覆盖过程中存在缺陷。无人机的灵活机动性优势与设备低成本优势，充分解决了“物”节点难以完全覆盖的问题。基于此，本文就无人机辅助物联网通信技术展开分析，并提出几点建议，以期能够实现扩展物联网网络覆盖区域的目的。

关键词：物联网；无人机；通信网络

引言：无线通信技术与低功率广域网技术是决定物联网覆盖范围的主要因素，同时也是物联网主要应用的通信技术。具体而言，不同通信技术的部署设计直接影响着物联网接入点的具体数量，然而目前物联网覆盖范围与节点部署均有不同程度的限制，因此，应利用无人机辅助物联网通信技术的建设，以求提升物联网覆盖范围，增强网络拓扑结构质量。

一、无人机辅助物联网的通信

将物联网通信技术与无人机灵活可控的优势结合，能够在根本上解决物联网覆盖范围受限问题。在无人机协同物联网工作的过程中，物联网通信网络可以将实际数据收集并回传于控制系统，系统对数据进行整合分析后编制控制指令命令无人机开展新的工作任务，此种协同工作的模式，在提升物联网工作效率与覆盖范围的同时，也将无人机的智能优势淋漓体现。针对于此，无人机辅助物联网的通信可以利用以下两种网络形式实现：

无人机辅助的边缘物联网：在充分利用无人机优势的同时，将其设为物联网边缘节点，以此种形式强化物联网的网络拓扑弹性，物联网的网络拓扑包含三部分：无人机设备、无人机控制终端节点、无人机与网络之间的衔接的A2G链路与G2A链路，将无人机智能控制系统与其相结合则可组建完整的无人机边缘通信网络。无人机作为边缘通信网络系统中的中继节点，将其进行充分利用可以提升物联网网络覆盖弹性与质量。在开展边缘物联网工作过程中，可以利用无人机中继节点的优势进行实时数据上传以及控制指令下载与执行等操作，但此种操作仅限于在物联网的地面网络覆盖范围内，地面控制系统对无人机发送的指令后，无人机可以针对相关指令要求进行空中监视、屏蔽干扰源以及边缘节点计算等工作。利用无人机灵活的机动性完成各项工作任务，从而提升物联网网络的弹性。

多无人机协同的物联网：此种形式通常是利用程序框架对多个无人机设备进行统一控制以实现完成一定范围的物联网通信工作，多个无人机协同工作可以提升网络通信的质量与效率，其在一定规模传感器部署工作中可以完成数据采集、远程测绘等任务，如森林火灾监测、湖泊防洪预警等。对于在环境恶劣地区执行工作的自主无人机，可以将中心控制系统机载化，以实现自主控制自主工作的目的。与此同时，应将地面网络控制权设为优先级，在无人机执行任务结束后，返回地面控制中心时需第一时间链接地面网络。

在多个无人机协同物联网工作时，应在特定区域为其建立协同组织网络，协同组织网络的构建可以提升无人机的网络通信质量，如在指挥交通情境下，交通管制部门在早高峰时期利用多个无人机设备对一段公路进行紧急疏通。此外，多无人机应用过程中所处区域应在配备协同组织网络的基础上构建专项数据上传通道，以保证信息的推送效率。实时性的物联网信息上传工作可以优先选择所处区域内高质量的网络，对于数据延期回传类物联网应用，可以利用远距离延时通信的模式完成回传任务，如卫星通信与无人机任务数据延时上传后云端提取等。

二、无人机辅助的物联网的应用

无人机辅助物联网通信可以弥补物联网自身覆盖性缺陷，如区域监控、交通排堵、洪涝检测以及军事侦察等工作均可将其应用。无人机辅助物联网应用有以下几种方式体现：

空中监视系统：将配置监察设备的无人机与物联网网络连接，以构建智能高效的高空监察预警系统，此种侦察预警系统在军事侦察以及高山搜救过程中尤为常见，能够有效提升侦察与搜救工作的效率。此外，无人机高空监察预警系统可以对特定地区开展定期侦察，在侦查过程中若发现任何异常可在第一时间实施视频数据回传，地面管理人员也可以远程警告的形式将其驱赶，如边境监视。如此可见无人机的灵活优势已被社会各界认可，在利用无人机开展各项监察工作的过程中可有效地减少监控设备的投入成本，与此同时无人机监测系统在恶劣环境中的表现极为高效，如滑坡路段监察、地震区域监察等，在恶劣环境中利用无人机实施监察在降低工作人员体力输出的同时，还能保证工作人员的人身安全。并且将无人机监察系统与物联网网络相连接还可以有效地提升数据与侦察工作的效率。

通信安全保护：无人机在执行任务时可以为地面通信提供协议保护。为降低执行成本物联网边缘通信的通信协议均以简化为主，一些不法人员则是利用这一漏洞开展恶意的信息盗取活动，如利用设备破解通信协议，获取通话信息与回传数据。通过上述描述可以得出保障信息安全应是物联网建设工作的重点。针对这一问题可以利用无人机组建边缘网络信息维护系统，在区域性信息保护工作中将无人机配备干扰设施阻止不法人员的窃听行为，或是无人机搭载高密协议增强网络通信协议强度。

无人机协同干扰模式对物联网信息保护的效果极佳，其在提升数据传输通信安全性的同时也进一步地降低了信息加密工作的成本。无人机作为协同干扰工具，利用自身搭载的干扰设备可以阻止窃听活动的进行，如在工厂开展会议中利用物联网的节点获取各生产环节的实际数据（生产数据、采购数据、销售数据等），利用物联网节点采集数据则必须通过网关节点并以信息无线传输的形式将其汇集，在整个过程中虽然不法人员没有进入厂内的权限，但为窃听企业实际信息则可以利用窃听设备在厂外进行，针对此问题便可以控制无人机绕场飞行将需要保护区域全面覆盖并发射干扰源，以提升信息数据的安全性。

结束语：综上所述，通过上述分析得以明确，利用物联网通信的灵活性与可拓展性能够实现万物互联，并在提升物联网覆盖范围的同时保证了信息数据的安全性，因此应将无人机与物联网结合，构建高空监察预警系统以实现维护社会治安保护边境安全的目的。

参考文献：

[1]唐小岚.无人机辅助的物联网中继通信系统功率分配技术研究[D].导师：朱卫平.南京邮电大学,2020.

[2]周磊.基于5G网络的物联网通信技术及挑战[J].中国新通信,2020,(11):26.

[3]宋庆恒,郑福春.基于无人机的物联网无线通信的潜力与方法[J].物联网学报,2019,(01):82-89.

[4]郭芳.无人机辅助的车载通信技术研究[D].导师：张玉艳.北京邮电大学,2018.

作者简介：王超绵（1987年6月），男，汉族，辽宁省辽阳市人，任职于吉林吉大通信设计院股份有限公司 工程师，研究方向：传输通信。