Optimización de la colaboración en la descarga de tareas y compresión de datos para la computación en el borde móvil habilitada por enjambres de UAV
Autores: Hu, Zhijuan; Liu, Shuangyu; Zhou, Dongsheng; Shen, Chao; Wang, Tingting
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización de la colaboración en la descarga de tareas y compresión de datos para la computación en el borde móvil habilitada por enjambres de UAV
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Computación en el borde móvil
Escenarios de rescate en desastres
Tecnología de compresión de datos
Proceso de decisión de Markov
Gradiente de política determinista profunda
Licencia
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La combinación de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) y Computación en el Borde Móvil (MEC) satisface eficazmente las demandas de los equipos de usuario (UE) para servicios de computación de alta calidad, bajo consumo de energía y baja latencia. Sin embargo, en entornos complejos como los escenarios de rescate en desastres, un solo VANT sigue estando limitado por la potencia de transmisión y los recursos de computación limitados, lo que dificulta completar eficientemente las tareas computacionales. Para abordar este problema, proponemos un sistema MEC habilitado por enjambres de VANT que integra tecnología de compresión de datos, en el cual el único VANT líder del enjambre (USH) descarga las tareas computacionales comprimidas por los UE y las distribuye parcialmente a los VANT miembros del enjambre (USM) para un procesamiento colaborativo. Para minimizar el costo total de energía y tiempo del sistema, utilizamos el Proceso de Decisión de Markov (MDP) para modelar y construimos un algoritmo de descarga de gradiente de política determinista profunda (PER-DDPG) con un mecanismo de repetición de experiencia priorizada para optimizar conjuntamente la relación de compresión, la tasa de descarga de tareas, la asignación de recursos y la posición del enjambre. Los resultados de simulación muestran que, en comparación con los algoritmos base de red Q profunda (DQN) y gradiente de política determinista profunda (DDPG), el esquema propuesto tiene un rendimiento excelente en términos de convergencia y robustez, reduciendo la latencia del sistema y el consumo de energía en aproximadamente un 32.7%.
Descripción
La combinación de Vehículos Aéreos No Tripulados (VANT) y Computación en el Borde Móvil (MEC) satisface eficazmente las demandas de los equipos de usuario (UE) para servicios de computación de alta calidad, bajo consumo de energía y baja latencia. Sin embargo, en entornos complejos como los escenarios de rescate en desastres, un solo VANT sigue estando limitado por la potencia de transmisión y los recursos de computación limitados, lo que dificulta completar eficientemente las tareas computacionales. Para abordar este problema, proponemos un sistema MEC habilitado por enjambres de VANT que integra tecnología de compresión de datos, en el cual el único VANT líder del enjambre (USH) descarga las tareas computacionales comprimidas por los UE y las distribuye parcialmente a los VANT miembros del enjambre (USM) para un procesamiento colaborativo. Para minimizar el costo total de energía y tiempo del sistema, utilizamos el Proceso de Decisión de Markov (MDP) para modelar y construimos un algoritmo de descarga de gradiente de política determinista profunda (PER-DDPG) con un mecanismo de repetición de experiencia priorizada para optimizar conjuntamente la relación de compresión, la tasa de descarga de tareas, la asignación de recursos y la posición del enjambre. Los resultados de simulación muestran que, en comparación con los algoritmos base de red Q profunda (DQN) y gradiente de política determinista profunda (DDPG), el esquema propuesto tiene un rendimiento excelente en términos de convergencia y robustez, reduciendo la latencia del sistema y el consumo de energía en aproximadamente un 32.7%.