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  • https://doi.org/10.3788/irla20250279Copy DOI Icon

Networking architecture for UAV swarms using short-range single-payload laser communication

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近年来,基于激光通信的无人机蜂群网络因其高带宽、低时延和强抗干扰能力而受到广泛关注。然而,受限于无人机平台的载荷能力,亟需一种结构简单、轻量化且具备一对多通信能力的组网方案。为此,提出了一种适用于单载荷配置下的蜂群网络架构,通过引入网络分簇机制,将大规模无人机蜂群划分为多个相互独立的微蜂群子网络。每个微蜂群内部节点协同工作,整体对外表现为单一逻辑节点,从而实现微蜂群之间的高效一对多激光通信;同时,微蜂群内部采用环形拓扑结构,以提升其内部通信效率与响应速度。在此基础上,深入分析了微蜂群网络结构中的激光束散角与接收视场之间的几何约束关系,推导了在节点位置不确定条件下的可建链概率数学表达式。进一步地,借助图论方法对微蜂群内部通信拓扑的连通时延进行了建模与分析,并对比研究了收发偏轴与收发同轴两种光学天线配置方式对网络性能的影响。仿真结果表明,在收发偏轴结构下,当微蜂群节点数量为偶数时,网络表现出更优的鲁棒性,能够在部分节点失效的情况下仍维持整体连通性;而在收发同轴结构中,奇数节点配置则具有更低的平均连通时延,同时在节点异常情况下亦能保持较高的网络稳定性。因此,针对不同任务需求及节点规模,合理选择收发天线结构可有效优化蜂群激光通信网络的整体性能。

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