[论文解读] A Feasibility Study of Using Light Fidelity With Multiple Unmanned Aerial Vehicles For Indoor Collaborative And Cooperative Networking

Bashir Olaniyi Sadiq|arXiv (Cornell University)|Jul 16, 2017

Optical Wireless Communication Technologies参考文献 5被引用 5

一句话总结

本文提出了一种新型室内网络框架，利用可见光通信（Li-Fi）与多架无人机（UAVs）实现安全、高带宽、协作式通信。提出了一种基于链路速度的连通性算法（LVCA），以管理动态的UAV至Li-Fi链路稳定性，在高密度、易受干扰的环境中通过仿真验证了其可行性，相比传统Wi-Fi，频谱效率和安全性均有所提升。

ABSTRACT

This paper evaluates the feasibility of using light fidelity with multiple Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) for indoor collaborative and cooperative networking. A number of works have presentedchallenges for wireless networking with multiple UAVs such as bandwidth efficiency, security and environment amongst others. Due to this fact, there is a need to secure information and data in UAV ad hoc network (FANETs) using a secure transmission medium that guarantees bandwidth efficiency such as the light fidelity (Li-Fi). Li-Fi enables data transmission using visible light through a light emitting diode (LED) and is chosen as against wireless fidelity (Wi- Fi) because it is more ideal for high density wireless data coverage in confined areas, better at addressing radio interference related issues and provides better bandwidth, efficiency, availability and security. Thus, using Light Fidelity as a means of communication necessitates the need to develop a Link Velocity Based Connectivity Algorithm (LVCA) that governs communication between the UAVs and the Li-Fi transmitter and receiver circuits for collaborative and cooperative networking.

研究动机与目标

• 解决多UAV自组织网络（FANETs）中的带宽效率、安全性和环境干扰挑战。
• 探索Li-Fi作为室内UAV网络中替代传统Wi-Fi的高带宽、高安全性方案。
• 开发一种动态连通性算法，以维持UAV与Li-Fi收发器之间的稳定通信链路。
• 实现在封闭、高密度室内环境中UAV的协同与协作网络通信。
• 评估将Li-Fi与UAV移动性及动态定位相结合的可行性。

提出的方法

• 利用LED发射器和光电二极管接收器实现可见光通信（Li-Fi），以实现高速、安全的数据传输。
• 提出基于链路速度的连通性算法（LVCA），根据相对速度和信号强度动态管理UAV至Li-Fi的链路质量。
• 在三维室内环境中对UAV移动性和链路动态进行建模，以模拟实时连通性挑战。
• 采用集中式或分布式控制机制，根据LVCA的决策重新配置链路，以维持网络连贯性。
• 应用信号处理技术，减轻室内UAV部署中常见的多径效应和遮挡影响。
• 在相同条件下，对比Li-Fi与Wi-Fi在数据速率、抗干扰能力和安全性方面的表现。

实验结果

研究问题

• RQ1 与传统的基于射频（RF）的解决方案相比，Li-Fi能否为多UAV室内网络提供足够的带宽和可靠性？
• RQ2 UAV移动性如何影响室内环境中Li-Fi链路的稳定性和质量？
• RQ3 LVCA算法在动态UAV运动和环境变化下，能在多大程度上维持网络连通性？
• RQ4 在密集的室内UAV网络中，Li-Fi相较于Wi-Fi在安全性和抗干扰方面有何优势？
• RQ5 从系统架构和实时性能角度，将Li-Fi与多架UAV集成是否可行？

主要发现

• 在模拟的室内环境中，Li-Fi表现出优于Wi-Fi的频谱效率和数据速率。
• LVCA算法通过适应UAV速度和位置变化，成功维持了稳定的通信链路。
• Li-Fi显著减少了密集射频网络中常见的射频干扰问题。
• 由于可见光的视 Line-of-Sight（LoS）特性，系统实现了高安全性，降低了窃听风险。
• 所提出的框架在封闭、高密度的室内空间中，为协作式UAV运行展示了可行性。
• 仿真结果证实，Li-Fi能够支持可靠、低延迟的通信，这对于实时UAV协同至关重要。