無人機輔助智能邊緣網絡技術綜述*

張換然,申凌峰,任資卓,鄭 杰,王 寧,,,屈凌波

(1.鄭州大學 電氣與信息工程學院,鄭州 450001;2.中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司,鄭州450007;3.微力智能科技(河南)有限公司,鄭州 450014;4.鄭州大學產業技術研究院有限公司 河南省智能網絡和數據分析國際聯合實驗室,鄭州 450001)

0 引 言

2019年起正式步入商用的5G移動通信技術,通過定義增強移動寬帶(Enhanced Mobile Broadband,eMBB)、超高可靠低時延通信(Ultra-reliable &Low-latency Communication,uRLLC)、海量機器類通信(Massive Machine Type Communication,mMTC)三大基本場景和智能化的網絡切片技術,將通信從人與人連接的時代帶入到萬物互聯(Internet of Everything,IoE)時代,進而推動了泛在通信、計算、控制能力有機融合,為人類社會的智能化變革開辟了全新的范式。

隨著5G賦能數字化轉型與智能化升級的推進,5G泛在網絡覆蓋不足、基礎設施智能化水平不高等問題凸顯,5G在實現“全球全域”“萬物互聯”上仍存在短板[1]。6G移動通信技術將在5G基礎上,通過系統能力提升和ICT(Information and Communications Technology)技術的深度融合,實現萬物互聯到萬物智聯的躍遷?！翱?天-地”一體化多接入能力、“通-感-算”一體化融合服務能力和“云-邊-端”一體化協同計算能力,將成為6G的核心關鍵能力。6G將以高性能泛在承載網絡為基礎,通過構建具備智能邊緣網絡特點的泛在無線接入網,實現資源的高效融合,以連接泛在、感知泛在、智能泛在的網絡[2]為遠程全息、數字孿生、擴展現實(Extended Reality,XR)、元宇宙等未來服務應用提供信息基礎設施支持[3]。

無人機(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)憑借其機動靈活性強、適用范圍廣、功能多元化、部署成本低等特點,近年來廣泛應用于通信、遙感、巡檢、偵察、監測、救災等民用和軍事領域。在6G“空-天-地-?！币惑w化多接入的新一代移動網絡架構中,無人機是空基平臺的重要載體。無人機輔助通信作為地面蜂窩移動通信網絡的有效補充,可快速靈活地實現遠程控制、通信增強、大規模立體式覆蓋和快速應急響應等功能的部署[4]。圍繞無人機平臺部署、整合并優化各網絡節點的通、感、算能力,形成無人機輔助智能邊緣網絡(Intelligent Edge Network,IEN),是實現機動靈活的萬物智聯、泛在智能的有效手段[5]。

本文圍繞無人機作為空基通信平臺的核心功能,首先簡述無人機的主要應用場景,并結合未來6G空天地海一體化和以用戶為中心的網絡架構,討論無人機在構建無線接入網的泛在化智能化演進——智能邊緣網絡中的重要作用;其次,結合無人機在不同場景下的通、感、算能力特點,介紹無人機自組網、無人機通信感知一體化、無人機邊緣計算等無人機輔助智能邊緣網絡關鍵技術;最后,探討無人機通信信道建模、三維立體部署與路徑規劃、攜能有限與續航問題、無人機網絡安全、無人機集群異構網絡融合等無人機輔助智能邊緣網絡技術發展面臨的核心技術挑戰及潛在研究方向。

1 無人機輔助智能邊緣網絡架構

1.1 無人機平臺主要功能及應用場景

無人機是搭建信息服務空中平臺的重要工具。通過搭載具備不同能力的載荷,無人機可以承擔通信、遙感、存儲、計算等不同的信息系統功能。根據無人機在陸地無線接入網和智能邊緣無線網絡中承擔的角色不同,無人機的主要功能和應用場景歸納為以下兩大方面。

1.1.1 無人機在傳統陸地無線通信網絡中的功能和應用場景

傳統陸地無線通信網絡中,無人機平臺主要作為地基網絡基礎設施的有效補充,承擔無線接入網通信任務,利用其快速靈活部署的特點,搭載空中基站或中繼站改善網絡通信性能。

1)無人機空中基站。無人機作為靈活可靠的補充覆蓋方案,可有效解決地面基站分布與業務需求不一致的矛盾。典型應用場景包括:在偏遠地區機動靈活部署以改善蜂窩移動網絡邊緣覆蓋水平;在流量需求激增、地面基站無法承載用戶接入的區域(如大型賽事、演唱會等),滿足臨時高速無線接入需求;在突發受災地區快速部署,提供可靠的應急通信[6〗。

2)無人機移動中繼。通過對無線信號的中繼轉發,可實現已有地面基站覆蓋范圍的延伸。特別是目標覆蓋區被遮擋、地基基站信號被阻斷時,可將無人機靈活部署在最有利的位置對信號進行中繼轉發,從而以最少的部署時間和成本顯著改善弱覆蓋區域或覆蓋盲區鏈路性能。

1.1.2 無人機在智能邊緣網絡中的功能和應用場景

在面向萬物智聯的新一代移動網絡中,無線接入網承擔的不再是單純的通信功能,在感知能力和算力的加持下,將演進為具有“通-感-算”融合服務能力的智能邊緣網絡,成為泛在智能網絡的“周圍神經系統”。無人機平臺一方面可憑借其機動靈活特點,更好地服務于以用戶為中心的全新業務范式;另一方面,通過構建空天地一體化多接入網絡,在各網元間建立機動靈活的信息通道,為智能邊緣網絡通、感、算資源的優化配置與融合提供信息交互承載。智能邊緣網絡中的無人機,在不同載荷賦能下,可實現數據采集、智能監測、邊緣緩存、邊緣計算、電能無線投放等多樣化的功能。

1)無人機數據采集。與傳統數據采集方式相比,無人機能夠以更靈活的方式和更高的效率完成廣域數據采集[7]。智慧城市、智慧水利等應用中,需要從數量大、分布廣的物聯網類裝置采集匯總數據,通過部署無人機(群)并合理規劃航跡,可以周期性突發的方式實現數據的低成本高效采集。

2)無人機智能監測與巡檢。利用機載傳感器,無人機可實現高精度地理信息數據的獲取,并進而結合地理信息數據執行環境監測、智能巡檢、輔助執法等任務[8],如對分布在偏僻山區的高壓電力線路進行巡檢、對野外高鐵沿線安全隱患進行排查、對秸稈焚燒等環境事件進行監測、對城市道路交通違規違停情況進行智能監測與處罰等,更多功能如表1所示。

表1 智能邊緣網絡中的新型無人機節點功能

3)無人機輔助邊緣計算。一方面無人機可通過輔助建立高性能通信鏈路,協助用戶將計算任務卸載至基站端邊緣服務器執行,另一方面無人機平臺也可搭載邊緣服務器,直接為用戶提供計算卸載服務,實現更快速的服務響應。

4)無人機邊緣緩存。邊緣網絡通過預測并主動緩存流行度高的內容,可避免重復傳輸、降低時延,有效提高服務效率。無人機平臺的機動靈活特點,使得在無人機上部署的邊緣緩存可進一步靠近用戶,以更低的通信開銷和更高的效率實現以用戶為中心的服務與內容分發。

5)無人機輔助電能遠程投放。無人機平臺可搭載無線攜能傳輸(Wireless Power Transfer,WPT)系統,周期性向部署在偏遠位置、沒有穩定電力供給的物聯網設備進行電能的遠程投放,為其補充電能儲備,可有效提高物聯網節點的生存時間和網絡魯棒性。

1.2 空天地海一體化網絡架構中的無人機輔助智能邊緣網絡

為實現全球無縫覆蓋愿景,6G將構建空天地海一體化移動網絡。通過深度融合天基、空基、地基、?；W絡能力,充分發揮各子網絡在不同空間維度上的獨特優勢,實現各獨立子網絡之間的智能互通和廣域無縫立體覆蓋。

空天地海一體化網絡的基本架構如圖1所示。其中地基網絡作為基礎,天基和?；W絡作為延伸,空基網絡作為銜接和補充,覆蓋范圍將包括天空、地面、海洋、太空等,可滿足處于不同空間場景中用戶的業務需求[4]。其中,天基網絡由多種衛星系統構成;空基網絡由高空平臺(飛艇、熱氣球等)和低空平臺(無人機自組織網)組成;地基網絡由地面蜂窩網絡和物聯網設備等網元組成;?；W絡包括了沿岸基站、海面船舶和海下作業設備等。無人機作為空基網絡的重要組成單元,發揮了不可或缺的中間紐帶作用。

圖1 空天地海一體化網絡架構

通過無人機平臺這個中間環節的調節,通、感、算資源和任務得以在空天地海一體化網絡中更高效地流動和配置。通過多維感知與計算手段的綜合應用,可實現多元網絡的“通-感-算”一體化融合,使其成為高度靈活且具有一定程度自主性和內生動態編排能力的智能化網絡,為每位用戶提供針對性的定制服務。具體而言,智能邊緣網絡可通過對網絡、業務和用戶數據的自主學習,實現以服務用戶為中心的無人機自主管理和飛行軌跡控制目標。

2 無人機輔助智能邊緣網絡關鍵技術

本節將從技術背景、基本原理、基本特點及應用場景等方面,以小型無人機為例,對無人機輔助智能邊緣網絡的關鍵技術進行介紹,包括無人機動態組網、無人機通信感知一體化、無人機輔助高頻段通信、無人機邊緣計算。

2.1 無人機自組網

無人機自組網是由多架無人機搭載相同或不同載荷,共同完成任務的無人機網絡,是無人機集群應用的基礎[9]。與單無人機相比,無人機自組網作為一個有機整體,擴展了其工作任務維度、提高了工作效率。其特點是無人機節點移動速度快、不受地形限制、可以自由入網或退出,組網方式十分靈活。由于無人機飛行速度快,無人機之間的鏈路并不穩定,需要選擇適應無人機組網特點的路由協議,現有的面向無人機自組網的路由協議可分為基于拓撲、基于地理信息和基于分層的路由協議。常用的路由協議包括:優化鏈路狀態路由協議(Optimized Link State Routing,OLSR)、貪婪周邊無狀態路由(Greedy Perimeter Stateless Routing,GPSR)、強化學習(Reinforcement Learning,RL)路由等[10]。此外,無人機可根據業務需求采用多樣化組網結構,如通過網狀結構組網可增強系統抗毀性。

無人機自組網的核心技術包括無人機調度與資源分配、三維立體部署和路徑規劃、網絡智能管理等。無人機調度是在資源受限的約束下,根據任務的優先級對無人機的服務用戶和范圍進行合理劃分與編排。當完成任務劃分后,無人機集群飛往目的區域,飛行過程中對無人機進行路徑規劃和三維立體部署。無人機組網完成后,針對無人機集群的智能管理,需要分別設計資源智能分配策略、網間工作信息交互策略等。以上步驟可獨立完成也可聯合設計,可根據實際應用場景采用不同的組網和優化策略。

多無人機協作完成任務時,無人機協同系統應該具備可靠性高、魯棒性強的特點,可以采用集中式或分布式的協同結構,常采用的協同控制方法可分為一致性控制、編隊控制、合圍控制和跟蹤控制等。

無人機網絡響應速度快、配置方式靈活、觀測范圍廣、數據處理能力強,可進行多元信息感知、實現復雜的網絡功能,承擔災情遙感、海洋觀測等復雜任務,在未來將得到更廣泛的應用。

2.2 通信感知一體化

隨著無線頻譜資源愈發稀缺,在單一裝置中實現不同功能對同一頻段頻譜的復用,可有效節約頻譜資源,是無線通信技術研究的一個重要方向。通信感知一體化,是感知與通信功能協同的新型信息處理技術,通過軟硬件資源共享或信息共享,同時實現感知與通信功能[11]。首先,由于通信系統與雷達在硬件組成和信號處理等方面具有相似之處,兩者融合可降低系統綜合成本。其次,通信系統與感知系統聯合設計可以實現互惠共生、相互增益。一方面,通過復用通信系統的頻譜、硬件或信號處理模塊,可同時實現多種類型的感知功能;另一方面,感知結果可為通信系統提供環境信息,輔助通信接入或管理,提高通信服務質量。在智能邊緣網絡中實現通信感知一體化,將作為一項基本能力賦能未來泛在智能網絡及各類新型垂直應用,通過賦予網絡“看”得見物理世界的能力,將數字世界和物理世界連通。

無人機輔助通信感知一體化,可以進一步提升系統感知和通信性能,并且實現廣域靈活覆蓋。例如,在無人機輔助智慧交通場景中,通信感知一體化技術可用于獲取道路高清地圖、輔助自動駕駛和道路監管等。

1) 高清地圖采集。用無人機平臺搭載的激光雷達、攝像頭、傳感器和全球定位系統,實現以用戶為中心的環境信息感知。感知結果經智能邊緣網絡處理后直接發送給車輛,無需經過核心網,降低了時延,滿足自動駕駛中高清地圖和路況低時延實時傳輸的需要。

2) 無人機輔助自動駕駛。利用無人機搭載基站進行通信與感知,其高視角可以擴大通信和感知范圍、減小遮擋盲區,為自動駕駛提供超視距傳輸,提高了自動駕駛的安全性和智能性。

3) 道路監管。依托于無人機飛行速度快、活動范圍廣的優勢,利用無人機平臺搭載通感一體化技術,僅通過低成本、低密度的無人機部署,即可實現廣域感知。

無人機通感一體化系統還可用于空域感知的管理,借助超大規模天線陣列和智能反射面等技術提供的超高空間感知分辨率,同時實現雷達探測監控和關鍵信息傳輸的功能,可廣泛用于民用和軍事領域。

2.3 無人機輔助高頻段通信

隨著人工智能(Artificial Intelligence,AI)、虛擬現實(Virtual Reality,VR)/擴展現實(Extended Reality,XR)以及未來數字孿生、元宇宙等新型應用的不斷發展,對網絡峰值速率和吞吐量的需求激增,傳統6 GHz以下的無線頻譜資源已無法滿足未來移動通信對帶寬和速率的要求。毫米波通信作為5G一項重要的基礎性關鍵技術,將移動通信帶入高頻段時代。為進一步提升遠程全息、XR等未來應用的用戶體驗,實現更大通信容量、更高傳輸速率和更低服務時延,太赫茲作為6G關鍵使能技術之一,將進一步探索更高頻段通信的應用潛能。

毫米波頻率為30～300 GHz,太赫茲頻段位于0.1～10 THz。與傳統移動通信采用的6 GHz以下頻段相比,高頻段通信的主要優點包括:具備充足的帶寬,可實現極高傳輸速率,且豐富的頻譜資源還為跳頻、擴頻技術的實現提供了保障,提升了系統抗干擾性能;波束窄,傳播方向性好,抗干擾能力強;波長短,可采用小型化的天線和器件,利于大規模集成。

在未來智能邊緣網絡中,無人機與高頻段通信可實現相互賦能、相互增益。一方面,高頻段無線信號傳播損耗大,僅可進行視距通信,借助無人機中繼,可實現高頻段信號的遠距離傳輸[12];另一方面,高頻段信號波束窄、方向性好,可彌補無人機廣播信道安全性的不足[13];此外,高頻段信號頻率高、波長短,天線和射頻器件集成度高,在無人機狹小的空間內能集成超大規模天線陣列,結合超大規模MIMO等技術可進一步提升網絡容量。

無人機輔助高頻段通信與其他關鍵技術融合,還可實現更加豐富的應用,如無人機太赫茲通感一體化系統可實現空中厘米級高精度定位[14];部署太赫茲無人機基站可為實時流媒體或點播應用提供無縫高速連接,并降低附近地面基站的負荷[15]。

2.4 無人機輔助移動邊緣計算

視頻流媒體、智慧交通、VR/XR等新興應用的發展,對于無線網絡的時延、可靠性、魯棒性提出了更為嚴苛的要求。傳統依賴核心網云計算的服務時延較大,還可能面臨網絡擁塞問題。移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)將算力下沉至網絡邊緣,可降低網絡擁塞、緩解帶寬壓力、提高數據處理效率,實現計算和存儲資源的彈性利用,提升用戶體驗。但在城市人口密集地區、偏遠山區、地表受災地區等特殊區域,以基站為載體部署MEC的成本高,時效性差,性價比低,往往無法提供有效的泛在邊緣計算服務。

無人機平臺一方面可作為通信節點,通過中繼的方式將用戶的計算服務卸載至基站處的MEC服務器;另一方面,也可搭載MEC服務器,形成無人機邊緣計算網絡,作為地面MEC網絡的補充,提供泛在的邊緣計算服務。圖2所示為典型的無人機輔助移動邊緣計算網絡,通過軟件定義網絡(Sofewart Defined Network,SDN)控制器實現對無人機集群控制、計算資源分配及軌跡優化,可以為突發狀況導致地面局部網絡負載過大、災后地面基礎設施受損等場景,提供計算卸載、內容緩存等服務。此外,無人機平臺的機動靈活特點,使無人機可進一步靠近用戶,從而以更高的效率為用戶提供上述服務。

圖2 無人機輔助的移動邊緣計算網絡

3 技術挑戰與潛在研究方向

如前所述,在未來智能邊緣網絡中,無人機將憑借其靈活部署特性,通過與前沿通、感、算技術相結合,實現越來越豐富的功能、承擔越來越重要的任務。但是,在無人機平臺應用某些技術時,會面臨新的技術挑戰和科學問題。本節面向無人機輔助智能邊緣網絡技術,探討其在發展演進中面臨的關鍵技術挑戰和潛在研究方向,包括無人機信道建模、三維立體部署和路徑規劃、能效優化、安全問題以及無人機集群異構網絡融合等。

3.1 無人機信道建模

無人機信道建模是研究無人機通信性能的理論基礎。無人機網絡中空-空信道用于無人機間的通信,主要由視距鏈路組成;空-地信道用于無人機與地面用戶間的通信,其間存在復雜且具有動態多變特性的障礙物。由于無人機網絡中節點間的相對快速移動會引入顯著的多普勒頻移,無人機信道往往具有快時變和非平穩性[16]。

現有的無人機信道模型包括基于實測數據的模型[17]、基于射線跟蹤的模型[18]、基于幾何分布的模型[19]等,在準確刻畫無人機通信信道狀態方面仍存在不足,尤其是無人機高頻通信場景下,無法精準描述毫米波和太赫茲頻段信號的傳播特性以及三維快時變場景的非平穩特性。此外,現有模型大多忽略了無人機飛行速度、飛行姿態等對信道特性的影響,以及無人機特有的大范圍三維散射空間傳播特性。

特別是無人機搭載智能反射面(Reconfigurable Intelligent Surface RIS),作為無人機輔助無線接入網研究中一個典型且突出的熱點,在信道建模方面面臨諸多挑戰。

1)與傳統信道建模相比,RIS利用反射單元重構無線傳播環境,信道變為級聯信道,該級聯信道受天線數目和反射單元的共同影響,多徑因素變得更復雜,尤其是散射情況異常復雜。

2)RIS的引入導致信道估計復雜度大幅度提高,如何分別估計用戶到無人機RIS和RIS到基站的信道矩陣是目前研究的難點[20]。

3)反射單元會改變傳輸信號的幅度和相位,近場和遠場條件下RIS信道特性有顯著區別,需要根據具體場景分別研究。

4)RIS本身屬于無源器件,不能進行信道估計,改造RIS做信道估計會帶來額外的復雜度并犧牲RIS本身的一些性能。

未來無人機通信信道建模的研究中,可引入機器學習方法輔助建模,提升建模效率和準確性[21]。此外,采用大規模天線陣列傳輸高頻信號將形成極窄的波束,但窄波束指向性對收發端的快速移動異常敏感,因此需要將三維波束跟蹤與信道建模結合,建立更精準的信道模型。

3.2 三維立體部署和路徑規劃

無人機三維立體部署和路徑規劃是無人機有效利用其靈活動態特性改善系統通信性能的基礎。無人機的空間移動性在為無人機通信系統設計帶來新自由度的同時,也帶來了新的技術挑戰。在無人機三維部署和路徑規劃問題中,利用無人機高移動性的同時,需要考慮其攜能有限以及容量約束等約束條件[22],這導致優化問題異常復雜,提高了優化無人機部署和飛行策略的難度。

在建立的原始優化問題具有非凸耦合特性的情況下,無人機三維空間部署優化問題的常用解法是將問題解耦為二維平面部署和水平高度優化兩個子問題進行近似求解[23]。而信道模型精確性不足,使得相應的優化結果可能進一步偏離真實的全局最優。尤其對于無人機輔助高頻段通信場景,對高頻段空地信道模型研究的不足也影響著優化部署問題的有效解決。

其次,當前無人機位置部署和路徑規劃的研究中,一般都將時間或空間位置離散化后進行優化,但離散化的程度與復雜度之間存在取舍折中問題。離散化粒度越細,越接近實際情況,則優化所得結果越接近真實全局最優,但隨之而來的問題是算法復雜度高、實際應用效果差,對時延敏感型應用不友好。在解決具體問題時,需要平衡好模型精度(離散化程度)與算法復雜度之間的關系。

再次,在無人機軌跡優化問題中,一般都將無人機視為一個理想的點,而不考慮無人機的大小、重量、飛行姿態等,導致規劃好的路徑在實際執行時,不能理想實現規劃效果。在未來的無人機路徑規劃研究中,若能將無人機尺寸、重量、飛行姿態等因素影響納入建模的考慮范圍內,可提高理論研究模型與真實系統情況的匹配度。

此外,目前大部分研究工作采用的地面基站和用戶分布模型假設較為理想化,未充分考慮地面用戶的動態性,對多個地面基站的場景考慮也不充分。在未來的研究中,采用更貼近實際情況的建模,能夠使理論研究成果具有更強的實踐指導意義。

3.3 無人機能效優化問題

受無人機尺寸以及重量的制約,實際應用中無人機具有典型的攜能有限特點。無人機的續航能力決定了其工作時長,大多數消費級無人機在理想工況下的續航時長為30 min左右,為了使無人機能長時間持續工作,確保智能邊緣網絡服務不間斷,提高無人機續航能力/節點生存性非常關鍵。

影響無人機續航時間的因素主要包括無人機的重量、飛行速度、飛行狀態(爬升、下降、翻轉等)、電池容量等?，F有的關于提高無人機續航能力的研究,主要包括提高無人機攜能和降低無人機的能耗、提高能效兩個方面。

提高無人機攜能的方法主要有:

1)使用更高能量密度的電池?？稍诰S持原電池體積小、重量輕的前提下提高電池容量,但受限于電池制造技術發展緩慢,短期內較難實現突破。

2)地面基礎設施對無人機進行無線充電。目前大多數無人機僅支持有線充電,極大限制了無人機部署的機動性。對無人機無線充電方式的研究有待進一步完善并實現。

3)采用能量收集技術。從環境中提取光能、動能、射頻能量將其轉化為電能。但此類背景能量收集系統的能量收集速率普遍很慢,難以滿足無人機高功耗的要求。

從通信的角度講,能效優化研究更多側重于減少無人機能量消耗。比如各種基于節能的優化算法研究,包括飛行軌跡、部署策略、數據收集優化算法研究。此外,通過優化無人機整備質量,采用更輕的材質架構,減少無人機冗余配件,使用集成度更高的通信硬件(如通感一體化設備)等,也可有效提升無人機能效水平,改善續航能力[24]。

3.4 無人機網絡安全問題

無人機通信具有節點運動速度快、通道切換頻繁、能量有限、開放式環境等特點,其通信鏈路、控制命令、傳輸數據都存在泄露的風險[25]。無人機網絡安全包括保證數據的安全與保證無人機網絡功能正常實現、系統可正常運轉等。

在現有的研究中,提升無人機通信安全的措施主要包括三個方面:一是從上層協議的安全設計出發,對無人機及傳輸數據進行認證,或采用安全路由協議[26];二是采用保密性強的物理層技術,比如跳頻、擴頻等提高無人機抗干擾和保密傳輸能力[27],或利用毫米波、太赫茲頻段形成三維超窄波束提高傳輸安全性[28];三是采用物理層安全技術,通過聯合優化無人機飛行軌跡和資源分配來提升系統保密傳輸速率/吞吐量,或通過加入人工噪聲的方法對竊聽者進行干擾阻塞[29]。

設計無人機網絡安全策略時,需要考慮資源消耗與安全性的平衡。通常情況下采取的方法越復雜,保密性能越好,但加密、解密、數據交互、安全驗證等方面需要調動許多的計算資源,而無人機相關應用更傾向于采用輕量級的協議和算法,實現可行的復雜度、盡可能小的能耗和較高的安全性能。如何在安全和能效間實現最優折中,仍是未來需要著重研究的方向。

3.5 無人機集群異構網絡融合

“萬物智聯”這一6G愿景的實現需要依賴空天地海一體化的網絡架構,異構網絡高效融合是這一愿景實現的重要前提。例如,無人機輔助自動駕駛功能的實現,需要衛星網、車聯網、地面移動通信網、無人機集群網等的高效協同。異構網絡融合技術能擴大網絡總體覆蓋范圍,使網絡具有更好的擴展性,為新型服務的產生創造了條件,能更好地滿足用戶的多樣性需求。

但是,無人機集群網絡在網絡融合方面存在困難。首先,由于無人機集群網絡拓撲結構多變,傳統的基于節點位置的IP體制與基于內容的ICN體制在無人機網絡中都難以實現高效組網,無人機組網需采用定制化設計,為網絡融合設置了障礙。其次,要考慮如何設計出復雜度低、靈活性高的異構網絡切換算法,還要設計出相應的無線資源管理方法,包括頻譜管理、用戶接入權限、信道編碼方法等。此外,不同業務QoS需求、異構網絡網間安全策略等,也需要更進一步的深入研究。