《软件化无人机网络》208页

无人机（UAV）被视为搜救行动、灾害救援、遥感测绘、空中监视与安防领域的重要工具。无人机辅助通信网络凭借其成本效益与灵活性，作为能提供新功能与机遇的网络基础设施正获得广泛关注。除了支持复杂多机任务的互联互通，无人机网络还可部署于偏远地区与极端环境提供连接服务，并根据可变需求对移动网络覆盖进行补充扩展。然而，利用这种灵活性需应对无人机网络固有的动态性特征——包括高度移动性与资源受限性。通过软件定义网络（SDN）与网络功能虚拟化（NFV）实现的网络软件化，能借助集中化可编程性与虚拟化网络功能，为无人机网络提供灵活自适应的控制与重构能力。

本论文通过识别软件化为无人机网络带来的潜在增益——这些增益在先前研究中尚未被充分探索——展开对无人机网络软件化的研究。为实现SDN与NFV在无人机网络中的应用，我们提出并描述了一种软件化无人机网络架构。此外，针对SDN架构的核心要素——SDN控制器的关键挑战展开研究，该控制器通过逻辑集中式控制器与可编程网络节点间的接口实现网络可编程性。为适应网络移动性与连接约束，我们提出部署与分配嵌入式SDN控制器的方案，确保在网络拓扑动态变化及地面基础设施可能不可用时控制功能的持续运行。同时，我们充分利用NFV提供的灵活性。需开发新型部署与编排方案，以有效管理由虚拟网络功能（VNF）定义任务与网络功能的无人机网络。为此，我们描述了受益于此灵活性的适用场景，并提出高效部署与管理基于NFV的无人机网络方案。

本文的贡献如下：

软件化增益评估：为验证无人机网络软件化的合理性，我们通过建立软件化无人机性能增益评估模型展开研究。该模型模拟由多架无人机组成的系统执行不同需求任务的场景，对比有限或非软件化系统，分析多种情境下网络重构能力的效果。
软件化无人机网络架构：提出支持无人机网络软件化的架构体系，描述实现网络部署与重构所需的组件与功能，并解决现有技术限制。该架构包含以下核心创新：
SDN控制器部署方案：针对无人机快速移动特性及偏远地区无法部署地面SDN控制器的挑战，提出空中控制器部署方案。该方案在容量与通信约束条件下，以最少无人机作为控制器，并通过灵活设计确保节点-控制器及控制器间连接。进一步提出动态调整机制，使空中控制器能追踪拓扑变化的无人机网络节点，同时限制控制器移动以减少拓扑调整的时间与能耗。
基于NFV的无人机网络：利用NFV在无人机计算设施上部署多样化网络与处理功能，实现灵活网络规划、资源高效利用及动态重构能力。该特性对缺乏计算基础设施的偏远地区任务尤为重要，支持数据就地采集、处理与传输。我们展示需在任务区不同位置完成数据捕获、处理与交付的适用场景，将网络或任务功能表达为由系列虚拟网络功能（VNF）构成的服务功能链（SFC），并提出联合无人机网络部署与SFC布局方案。该方案构建覆盖任务区域的最小化无人机网络，分配充足资源满足VNF及其流量需求。为适应网络移动性，设计动态编排机制，在无人机移动引发拓扑变化时维持网络连接与SFC需求，同时限制因反复移动与调整导致的网络中断与开销。

后续结构安排如下：第二章综述无人机网络的应用场景与挑战，介绍软件化技术（SDN与NFV）及其在通信网络中的通用性，探讨无人机网络软件化的动机，梳理现有SDN/NFV与无人机网络融合的研究进展与局限。第三章量化无人机网络软件化增益，提出多任务场景下的评估模型，分析不同情境下的重构性能提升。第四章阐述支持可编程性与重构能力的软件化无人机网络架构，包含空中SDN控制与NFV网络部署的创新组件。第五章专注SDN控制器部署，分析无人机网络与地面控制器断连时的挑战，提出高效可动态调整的空中控制器部署方案并进行性能评估。第六章聚焦NFV与无人机网络融合，讨论应用动机与受益场景，描述并评估NFV网络初始部署方案与动态编排流程。第七章总结研究成果，提出结论并展望未来研究方向。