16 用于NOMA IoT网络上行链路安全速率最大化的HAP和UAV协作框架

文章目录

摘要

  1. 优化无人机到HAP的信道分配、用户功率和无人机三维位置来研究上行安全传输
  2. 解决非凸问题,采用K-means聚类算法,将成对的用户划分成不同的组,每个簇可以有相应的无人机服务,然后将构造的优化问题化解成三个子问题,并基于块坐标下降算法进行迭代求解,最后进行仿真。

相关模型

  1. 城市宏蜂窝(UMa)模型表示用户-无人机链路中的路径损耗PL
    P L D U = 28.0 + 22 l g ( d D U [ M ] ) + 20 l g ( f c [ G H z ] ) + 1.0005 ∗ 1 0 − 4 h u 2 − 0.0286 h u + 10.5169 PL_{DU}=28.0+22lg(d_{DU}[M])+20lg(f_c[GHz])+1.0005*10^{-4}h_{u}^{2}-0.0286h_u+10.5169 PLDU=28.0+22lg(dDU[M])+20lg(fc[GHz])+1.0005∗10−4hu2−0.0286hu+10.5169
  2. 通过率损失(2)
  3. NOMA对中的相邻用户和远处用户到UAV或EVE的可达速率(3)(4)
  4. UAV到EVE或HAP的速率(5)
  5. 相邻用户和远程用户的安全速率(6)
  6. 优化问题(7)-(12)

仿真实验

参数 数据
用户 随机分布,用户数量为40
信道 随机分配
功率P 最大值
无人机高度:H HAP和用户之间的中间值
UAV数量:M 4
信道数量:K 5
每个用户带宽:B 180kHz
载波频率 2.1GHz
HAP坐标 [500,500,950]
EVE(偷听设备) [400,800,500]
UAV最小距离、最高距离 50/500m
用户设备最小和最大功率 0.1/1W

定量分析:功率一定(1)、高度一定(150m处悬停)、NOMA相关(有利情况下选择NOMA,无礼情况下选择NMA)、NOMA随机(随机配对选择频谱)、正交频分多址接入(OFDMA,用户独立访问子信道)

仿真结果

  1. UAV 3D位置图
  2. 安全和速度与迭代之间的关系
    提出算法,安全性能更高。
  3. 所消耗的时间
    提出的方案:系统性能提高,但是时间成本消耗高

    Wang, D.; Wu, M.; He, Y.; Pang, L.; Xu, Q.; Zhang, R. An HAP and UAVs Collaboration Framework for Uplink Secure Rate Maximization in NOMA-Enabled IoT Networks. Remote Sens. 2022, 14, 4501. https://doi.org/10.3390/rs14184501
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