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Intercambio óptimo de energía y retraso en redes de sensores inalámbricos habilitadas por UAV

Autores: Xie, Jiapin; Fu, Qiyong; Jia, Riheng; Lin, Feilong; Li, Ming; Zheng, Zhonglong

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Intercambio óptimo de energía y retraso en redes de sensores inalámbricos habilitadas por UAV


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Vehículos aéreos no tripulados
Recolección de datos
Red de sensores inalámbricos
Consumo de energía
Velocidad de vuelo
Optimización

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) son prometedores en la recolección de datos en grandes áreas debido a su flexibilidad y fácil mantenimiento. En este trabajo, estudiamos una red de sensores inalámbricos (WSN) habilitada por VANT, donde se despachan K VANT para recolectar una cierta cantidad de datos de cada nodo en el suelo. La mayoría de los trabajos existentes asumen que la energía de vuelo está relacionada con la distancia o con la duración, lo cual puede no ser adecuado para el escenario práctico. Dado el modelo de energía de vuelo relacionado con la velocidad, nos enfocamos en derivar el compromiso óptimo entre energía y retraso para los K VANT de manera que cada nodo pueda subir con éxito una cierta cantidad de datos a uno de los K VANT. Intuitivamente, la mayor velocidad de vuelo del VANT resulta en un tiempo de finalización más corto de la tarea de recolección de datos, lo que puede, sin embargo, causar un mayor consumo de energía de vuelo de los VANT durante la tarea. Específicamente, primero modelamos el consumo total de energía del VANT durante el vuelo para recolectar datos dentro de la WSN y luego diseñamos la velocidad de vuelo así como la trayectoria de vuelo de cada VANT para lograr diferentes compromisos óptimos de Pareto entre el consumo máximo de energía de un solo VANT entre todos los VANT y el tiempo de finalización de la tarea. Para lograr este objetivo, proponemos un novedoso marco de optimización de colonias de hormigas multiobjetivo basado en el método de coordenadas adaptativas (MOACO-ACM). En primer lugar, se desarrolla el método de coordenadas adaptativas para decidir los nodos visitados por cada uno de los K VANT, respectivamente. En segundo lugar, se incorpora el algoritmo de colonia de hormigas para optimizar el orden de visita de los nodos para cada VANT. Finalmente, discutimos el impacto de la programación de velocidades de los VANT en el compromiso entre el tiempo de finalización de la tarea y el consumo máximo de energía de un solo VANT entre todos los VANT. Simulaciones extensivas validan la efectividad de nuestro algoritmo diseñado y destacan aún más la importancia de las velocidades de vuelo de los VANT en la consecución de una recolección de datos tanto eficiente en energía como en tiempo.

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