3.4 任务驱动网络

受限于当前的电池容量和无人机载荷能力，无人机一般无法长时间停留在空中，所以无人机通信网络通常都是为完成一定的任务而组建的，无人机会在任务完成后返回地面。根据常见任务的特点，我们将任务驱动的无人机通信网络分为悬停无人机通信网络、周期性轨迹运动的无人机通信网络和非规则轨迹运动的无人机通信网络。

1.悬停无人机通信网络

当无人机在执行辅助地面通信、采集地面传感器网络数据等任务时，需要在一段时间内保持悬停静止状态。无人机悬停位置和频谱等资源的分配，对无人机通信网络容量有着显著的影响。因此，针对悬停无人机通信网络，研究无人机通信网络的联合位置优化和资源分配方法有助于提高无人机通信网络容量。在无人机通信网络存在干扰限制和任务限制的约束下，利用匹配博弈、凸优化、非凸优化等数学理论，设计有效的悬停位置部署和资源分配方法，优化悬停位置和网络资源分配模型，可最大化无人机通信网络容量。无人机悬停采集水样如图3-4所示。

2.周期性轨迹运动的无人机通信网络

在执行农业植保、巡逻等任务时，由于任务需求的周期性，无人机需要经常做周期性轨迹运动。在这种情况下，我们需要进一步考虑周期性轨迹运动无人机通信网络的资源高效利用与优化问题。在周期性轨迹运动的无人机通信网络中，主无人机协调每一架从无人机在各自预设的轨迹中周期性地飞行。在无人机通信网络的频谱干扰限制、每架从无人机的任务驱动限制、无人机之间碰撞避免限制、从无人机的速度限制以及无人机的最大发射功率限制等约束下，利用连续凸近似或者交替迭代等凸优化、非凸优化方法，联合设计无人机通信网络的轨迹优化和资源分配方案，建立周期性轨迹运动的无人机通信网络的轨迹优化和资源分配模型，可最大化无人机通信网络单位周期内的容量。无人机执行农业植保任务如图3-5所示。

3.非规则轨迹运动的无人机通信网络

在执行目标跟踪等任务时，无人机需要实时跟踪目标，通常需要做非规则轨迹运动，因此需要进一步研究非规则轨迹运动的无人机通信网络的资源高效利用与优化问题。在碰撞避免限制、飞行速度限制、无人机通信网络的频谱干扰限制等约束下，利用整数规划及非凸优化等理论，设计相应场景下的资源高效利用方法，建立非规则轨迹运动的无人机通信网络的轨迹优化和资源分配模型，可最大化网络容量。无人机执行目标跟踪任务如图3-6所示。