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Diseño de Trayectoria de Enjambre Basado en Fuerzas Virtuales para Redes de Internet de las Cosas Asistidas por Vehículos Aéreos No Tripulados para la Recolección de Datos

Autores: Liu, Xuanlin; Wang, Sihua; Yin, Changchuan

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Diseño de Trayectoria de Enjambre Basado en Fuerzas Virtuales para Redes de Internet de las Cosas Asistidas por Vehículos Aéreos No Tripulados para la Recolección de Datos


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Problema
Diseño de trayectorias
Enjambres de UAV
Recolección de datos
Redes IoT
Protocolo SCIE

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En este artículo, se estudia el problema del diseño de trayectorias para enjambres de vehículos aéreos no tripulados (UAV) en redes de Internet de las Cosas (IoT) para la recolección de datos. En el modelo considerado, el enjambre de UAV se despliega para patrullar un área designada y recopilar información de estado de los sensores que monitorean procesos físicos. Se propone el protocolo de sentido-recolección-intercambio-exploración (SCIE) para regular las acciones de los UAV, asegurando sincronización y adaptabilidad de manera distribuida. Para mantener el monitoreo en tiempo real mientras se reduce la transmisión de datos, introducimos la frescura del estado, que es una extensión de la edad de la información (AoI) y permite valores negativos para reflejar las capacidades predictivas del enjambre. El problema de diseño de trayectorias se formula como un problema de optimización para minimizar la frescura promedio del estado. Se desarrolla un algoritmo basado en fuerzas virtuales para resolver este problema, donde los UAV son influenciados por fuerzas atractivas de los sensores y fuerzas repulsivas de los vecinos. Estas fuerzas guían a los UAV hacia los sensores que requieren transmisión de datos mientras se reduce la superposición de comunicación. El algoritmo distribuido propuesto permite que cada UAV diseñe su trayectoria de manera independiente, reduciendo la redundancia y mejorando la escalabilidad. Los resultados de simulación muestran que el método propuesto puede reducir significativamente la frescura promedio del estado bajo las mismas condiciones de eficiencia energética en comparación con el algoritmo de campo potencial artificial. El método propuesto también logra una reducción significativa en términos de sobrecarga de comunicación, en comparación con estrategias completamente conectadas, asegurando escalabilidad en despliegues de UAV a gran escala.

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