Algoritmo de Despliegue 3D Mejorado por Conectividad para Múltiples UAVs en una Red Integrada Espacio-Aire-Tierra
Autores: Guo, Shaoxiong; Zhou, Li; Liang, Shijie; Cao, Kuo; Song, Zhiqun
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Algoritmo de Despliegue 3D Mejorado por Conectividad para Múltiples UAVs en una Red Integrada Espacio-Aire-Tierra
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Espacio
Aire
Suelo
Red
UAVs
Despliegue
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
La red integrada espacio-aire-suelo (SAGIN) puede proporcionar un acceso extenso, cobertura continua y transmisión confiable para aplicaciones globales. En escenarios donde las redes terrestres no están disponibles o están comprometidas, el despliegue de vehículos aéreos no tripulados (UAV) dentro de la red aérea ofrece acceso inalámbrico a regiones designadas. Mientras tanto, garantizar la conectividad entre los UAV, así como entre los UAV y los usuarios en tierra (GU), es fundamental para mejorar la calidad del servicio (QoS) en SAGIN. En este documento, consideramos el problema de despliegue 3D de múltiples UAV en SAGIN, sujeto al límite de capacidad de conexión de los UAV y la robustez de la red de UAV, maximizando la cobertura de los UAV. En primer lugar, las posiciones horizontales de los UAV a una altura fija se inicializan utilizando el algoritmo k-means. Posteriormente, se establecen las conexiones entre los UAV en función de las condiciones de restricción, y se emplea una estrategia de conexión equitativa para establecer conexiones entre los UAV y los GU. A continuación, se propone un algoritmo genético mejorado (IGA) con selección de élite, cruce adaptativo y capacidades de mutación para actualizar las posiciones horizontales de los UAV, actualizando así las relaciones de conexión. Finalmente, se propone un algoritmo de optimización de altura para ajustar la altura de cada UAV, completando el despliegue 3D de múltiples UAV. Simulaciones extensas indican que el algoritmo propuesto logra un despliegue más rápido y una mayor cobertura tanto en escenarios de distribución aleatoria como agrupada de los GU, al tiempo que mejora la robustez y el equilibrio de carga de la red de UAV.
Descripción
La red integrada espacio-aire-suelo (SAGIN) puede proporcionar un acceso extenso, cobertura continua y transmisión confiable para aplicaciones globales. En escenarios donde las redes terrestres no están disponibles o están comprometidas, el despliegue de vehículos aéreos no tripulados (UAV) dentro de la red aérea ofrece acceso inalámbrico a regiones designadas. Mientras tanto, garantizar la conectividad entre los UAV, así como entre los UAV y los usuarios en tierra (GU), es fundamental para mejorar la calidad del servicio (QoS) en SAGIN. En este documento, consideramos el problema de despliegue 3D de múltiples UAV en SAGIN, sujeto al límite de capacidad de conexión de los UAV y la robustez de la red de UAV, maximizando la cobertura de los UAV. En primer lugar, las posiciones horizontales de los UAV a una altura fija se inicializan utilizando el algoritmo k-means. Posteriormente, se establecen las conexiones entre los UAV en función de las condiciones de restricción, y se emplea una estrategia de conexión equitativa para establecer conexiones entre los UAV y los GU. A continuación, se propone un algoritmo genético mejorado (IGA) con selección de élite, cruce adaptativo y capacidades de mutación para actualizar las posiciones horizontales de los UAV, actualizando así las relaciones de conexión. Finalmente, se propone un algoritmo de optimización de altura para ajustar la altura de cada UAV, completando el despliegue 3D de múltiples UAV. Simulaciones extensas indican que el algoritmo propuesto logra un despliegue más rápido y una mayor cobertura tanto en escenarios de distribución aleatoria como agrupada de los GU, al tiempo que mejora la robustez y el equilibrio de carga de la red de UAV.