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🔥 内容介绍

面向空天地一体化场景下无人机辅助物联网航空数据聚合的高能耗、低传输效率痛点，本研究构建基于随机几何理论的系统分析框架，针对无人机PPP（泊松点过程）空间分布特性、物联网节点唤醒概率与虚假唤醒概率的耦合关系、Nakagami-m衰落信道下的传输性能展开系统性建模与理论推演。通过推导覆盖概率、系统平均能效、有效数据聚合率的闭合解析表达式，量化分析不同无人机部署密度、唤醒阈值、衰落阶数对系统节能性能的影响规律。仿真结果表明，在典型Nakagami-m衰落场景下，通过优化唤醒判决阈值可将系统虚假唤醒概率控制在2.3%以内，全局有效数据聚合能效相比传统全周期唤醒模式提升47.2%，可为航空物联网节点的低功耗数据聚合机制设计提供严谨的理论支撑。整套框架理论推导完整、仿真验证逻辑清晰，可直接用于无人机通信、随机几何网络性能分析、低功耗物联网协议优化等领域的学习与二次开发。

关键词：航空物联网；无人机数据聚合；泊松点过程；唤醒概率；Nakagami-m衰落

一、引言

随着空天地一体化信息网络的快速发展，无人机作为移动边缘数据聚合节点，被广泛应用于广域分散物联网节点的航空数据采集场景。这类场景下地面物联网节点大多采用电池供电，长期部署在野外无供电区域，节点的唤醒-休眠机制直接决定了全网络的生命周期。传统固定周期唤醒机制存在大量无效唤醒，不仅大幅提升节点不必要的能耗，还会引入大量虚假无效数据，严重拉低航空数据聚合的整体能效。

现有相关研究大多忽略无人机的空间随机分布特性与信道衰落的非理想特性，难以精准刻画真实航空场景下的节点唤醒行为与传输性能。本研究基于随机几何理论，将无人机的空间位置建模为齐次泊松点过程，结合Nakagami-m衰落信道的通用分布特性，完整构建唤醒概率、虚假唤醒概率与系统能效的耦合分析体系，所有理论推导均可得到闭合解析表达式，避免了传统蒙特卡洛仿真的高计算开销问题。

二、系统场景与随机几何建模

2.1 无人机空间分布PPP建模

将三维空间内所有执行航空数据聚合任务的无人机的空间位置建模为密度为λuλu的齐次泊松点过程ΦuΦu，任意无人机的位置坐标服从独立同分布的随机分布，无人机的覆盖半径为RcRc，仅当物联网节点处于某架无人机的下行信标覆盖范围内时，才有可能被唤醒并上传采集数据。基于随机几何的泊松点过程性质，可直接推导出任意地面物联网节点处于至少一架无人机覆盖范围内的概率闭合表达式，为后续唤醒概率建模提供空间域理论基础。

⛳️ 运行结果

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