社交物联网无人机协助应急通信

动态超图染色

无人机在灾害预警、灾害防护及灾害救援等方面逐渐凸显出优势，具有作为无线通信平台的应用潜力。近期，信控学院2017级博士研究生王博文与导师孙彦景教授以及来自纽约州立大学布法罗分校等单位的合作者在线发表题为“UAV-Assisted Emergency Communications in Social IoT: A Dynamic Hypergraph Coloring Approach”的学术论文。

论文介绍了基于超图理论解决社交物联网场景中面向动态网络拓扑结构的无人机预警信息传播问题的最新研究成果。首先，在社交物联网场景中，无人机作为簇头可以将预警信息优先扩散给那些社交中心度较高的簇内地面用户，这些用户收到信息后可以作为新的簇头，进一步将预警信息扩散给社交关系相近的用户。由于地面用户的高速移动性以及角色多变性，网络拓扑结构及簇结构随之动态变化，从而使结构变化前的资源分配方案失效。图论作为离散数学的分支，是设计和分析复杂网络结构的最基本且强有力的数学工具。超图作为传统图模型的广义形式，可以准确地对应急通信场景下信息扩散时的用户状态以及频谱分配时的互干扰关系定量描述。因此，论文将动态变化的网络拓扑及簇结构抽象为动态演进超图（无人机或地面用户担任簇头的多播传输簇抽象为点，干扰关系抽象为超边），从而用超边的插入与删除表示网络拓扑变化引起的干扰关系演变。基于此，论文将动态频谱资源分配问题转化为动态超图着色问题。针对超图结构在连续时隙中演化使之前的着色策略失效的问题，论文给出了一种基于颜色扩散的同态超图染色方案，实现了预警信息扩散速度、信道切换损耗及计算复杂度之间的折中。

该研究依托徐州市智能安全与应急协同工程研究中心，受到了 “工业物联网与应急协同”校创新团队资助计划(2020ZY002)的支持。王博文同学于2016年9月获得中国矿业大学免试研究生资格，2017年9月获得硕博连读资格攻读信息与通信工程专业博士学位，2018年10月前往贝尔法斯特女王大学访学并担任物理层安全领域著名学者Trung.Q.Duong教授的研究助理，主要从事社交物联网、无人机应急通信中动态与随机环境下的资源分配方法研究。曾获中国矿业大学第十四届青春矿大校园年度人物，INISCOM 2019最佳论文奖，并受邀担任SigTelCom 2020技术委员会委员，相关研究工作获得南安普顿大学无线通信领域著名学者Lajos Hanzo的正面评价并与其建立了良好的合作关系。