Despliegue Dinámico Optimizado de UAVs en Redes Marítimas con Predicción de Rutas
Autores: Xu, Yanli; Shi, Yalan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Despliegue Dinámico Optimizado de UAVs en Redes Marítimas con Predicción de Rutas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Cobertura limitada
Usuarios marinos
Servicios de comunicación
UAVs
Despliegue dinámico
Retraso en la comunicación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La cobertura limitada de las estaciones base terrestres y la distancia de transmisión limitada y los recursos a bordo de las comunicaciones satelitales dificultan garantizar la calidad de los servicios de comunicación para los usuarios marinos al depender únicamente de satélites y estaciones base terrestres. En contraste, los UAV, como nodos de comunicación móviles y flexibles, tienen la capacidad de despliegue dinámico y ajuste en tiempo real. Pueden compensar eficazmente los puntos ciegos de comunicación de los satélites tradicionales y las estaciones base terrestres en el entorno marino, especialmente en el vasto e impredecible entorno marino. Considerando la movilidad de los usuarios marítimos, se puede reducir eficazmente la demora en la comunicación y optimizar el esquema de despliegue de los UAV al predecir sus trayectorias de navegación con anticipación, mejorando así la calidad del servicio de comunicación. Por lo tanto, este documento propone un modelo de cobertura de comunicación basado en la predicción de rutas de usuarios móviles y un algoritmo de despliegue dinámico de UAV (RUDD). Su objetivo es optimizar la eficiencia de cobertura de la red de comunicación marítima, minimizar la demora en la comunicación y reducir eficazmente el consumo de energía de los UAV. En este algoritmo, el algoritmo RUDD emplea una red de Memoria a Largo y Corto Plazo (LSTM) modificada para predecir la trayectoria del usuario marítimo, aprovechando sus fortalezas en el procesamiento de datos de series temporales para proporcionar predicciones precisas. Los resultados de la predicción se utilizan para guiar el algoritmo de Optimización de Políticas Proximales (PPO) para el despliegue dinámico de UAV. El algoritmo PPO puede optimizar la estrategia de despliegue en entornos dinámicos, mejorar la cobertura de comunicación y reducir el consumo de energía. Los resultados de simulación muestran que el algoritmo propuesto puede complementar bien las redes satelitales y terrestres existentes en términos de cobertura, con una tasa de cobertura de comunicación de más del 95%, lo que mejora significativamente la calidad de comunicación de los usuarios marinos en áreas alejadas de la tierra y más allá del alcance de las redes tradicionales, y mejora la fiabilidad de la red y la experiencia del usuario.
Descripción
La cobertura limitada de las estaciones base terrestres y la distancia de transmisión limitada y los recursos a bordo de las comunicaciones satelitales dificultan garantizar la calidad de los servicios de comunicación para los usuarios marinos al depender únicamente de satélites y estaciones base terrestres. En contraste, los UAV, como nodos de comunicación móviles y flexibles, tienen la capacidad de despliegue dinámico y ajuste en tiempo real. Pueden compensar eficazmente los puntos ciegos de comunicación de los satélites tradicionales y las estaciones base terrestres en el entorno marino, especialmente en el vasto e impredecible entorno marino. Considerando la movilidad de los usuarios marítimos, se puede reducir eficazmente la demora en la comunicación y optimizar el esquema de despliegue de los UAV al predecir sus trayectorias de navegación con anticipación, mejorando así la calidad del servicio de comunicación. Por lo tanto, este documento propone un modelo de cobertura de comunicación basado en la predicción de rutas de usuarios móviles y un algoritmo de despliegue dinámico de UAV (RUDD). Su objetivo es optimizar la eficiencia de cobertura de la red de comunicación marítima, minimizar la demora en la comunicación y reducir eficazmente el consumo de energía de los UAV. En este algoritmo, el algoritmo RUDD emplea una red de Memoria a Largo y Corto Plazo (LSTM) modificada para predecir la trayectoria del usuario marítimo, aprovechando sus fortalezas en el procesamiento de datos de series temporales para proporcionar predicciones precisas. Los resultados de la predicción se utilizan para guiar el algoritmo de Optimización de Políticas Proximales (PPO) para el despliegue dinámico de UAV. El algoritmo PPO puede optimizar la estrategia de despliegue en entornos dinámicos, mejorar la cobertura de comunicación y reducir el consumo de energía. Los resultados de simulación muestran que el algoritmo propuesto puede complementar bien las redes satelitales y terrestres existentes en términos de cobertura, con una tasa de cobertura de comunicación de más del 95%, lo que mejora significativamente la calidad de comunicación de los usuarios marinos en áreas alejadas de la tierra y más allá del alcance de las redes tradicionales, y mejora la fiabilidad de la red y la experiencia del usuario.