Unmanned aerial vehicles (UAVs) with multi-connectivity (MC) capabilities efficiently and reliably transfer data between terrestrial networks (TNs) and non-terrestrial networks (NTNs). However, optimally sharing and allocating spectrum and power resources to maintain MC while ensuring reliable connectivity and optimal performance remains challenging in such networks. Channel variations induced by mobility in UAV networks, coupled with the varying quality of service (QoS) demands of heterogeneous devices, resource sharing, and fairness requirements in capacity distribution pose challenges to optimal resource allocation. Thus, this paper investigates resource allocation for QoS-constrained, MC-enabled, dynamic UAVs in an integrated TN-NTN environment with spectrum sharing and fairness considerations. To this end, we consider three types of links: UAV-to-radio base station (RBS), UAV-to-UAV, and UAV-to-HAP. We also assume two types of UAVs with diverse QoS requirements to reflect a practical scenario. Consequently, we propose two algorithms. The first algorithm maximizes the capacity of UAVs-RBS and UAVs-HAP links while ensuring the reliability of the UAV-UAV link. To achieve this, the algorithm maximizes the collective throughput of the UAVs by optimizing the sum capacity of all the UAV-RBS and UAV-HAP links. Next, to provide constant capacity to all links and ensure fairness, we propose another algorithm that maximizes the minimum capacity across all links. We validate the performance of both algorithms through simulation


翻译:具备多连接(MC)能力的无人机(UAV)能够高效可靠地实现地面网络(TN)与非地面网络(NTN)间的数据传输。然而,在此类网络中,如何在保持多连接的同时优化频谱与功率资源的共享与分配,以确保可靠连接与最优性能,仍面临挑战。无人机网络因移动性导致的信道变化、异构设备差异化的服务质量(QoS)需求、资源共享以及容量分配的公平性要求,均为最优资源分配带来困难。为此,本文研究了在考虑频谱共享与公平性的TN-NTN融合环境中,面向具有QoS约束、支持多连接的动态无人机的资源分配问题。为此,我们考虑了三种链路类型:无人机-无线基站(RBS)、无人机-无人机以及无人机-高空平台(HAP)。同时,我们假设存在两类具有不同QoS需求的无人机,以反映实际场景。基于此,我们提出了两种算法。第一种算法在确保无人机-无人机链路可靠性的同时,最大化无人机-RBS与无人机-HAP链路的容量。该算法通过优化所有无人机-RBS与无人机-HAP链路的总容量之和,实现无人机整体吞吐量的最大化。接着,为了向所有链路提供稳定容量并保证公平性,我们提出了另一种算法,该算法旨在最大化所有链路中的最小容量。我们通过仿真验证了两种算法的性能。

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