Asignación de Recursos en Línea y Optimización de Trayectorias del Sistema UAV-MEC Asistido por STAR-RIS
Autores: Hu, Xi; Zhao, Hongchao; Zhang, Wujie; He, Dongyang
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Asignación de Recursos en Línea y Optimización de Trayectorias del Sistema UAV-MEC Asistido por STAR-RIS
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Entornos urbanos
Entorno de comunicación
Vehículos aéreos no tripulados
Superficies inteligentes reconfigurables
STAR-RIS
Computación en el borde móvil
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En entornos urbanos, el entorno de comunicación altamente complejo a menudo conduce a bloqueos en el enlace entre los usuarios en tierra (GUs) y los vehículos aéreos no tripulados (UAVs), lo que resulta en una mala calidad de comunicación. Aunque las superficies inteligentes reconfigurables (RISs) tradicionales pueden mejorar la calidad del canal inalámbrico, solo pueden proporcionar servicios de reflexión y tienen una cobertura limitada. Por esta razón, estudiamos una red asistida por superficies inteligentes reconfigurables que transmiten y reflejan simultáneamente (STAR-RIS) para la computación en el borde móvil de UAV (UAV-MEC), que puede servir a múltiples usuarios que residen en el área de transmisión y en el área de reflexión, y alternar entre modos de reflexión y transmisión según las posiciones relativas del UAV, los GUs y el STAR-RIS, proporcionando a los usuarios servicios más flexibles y eficientes. El sistema considera de manera integral la potencia de transmisión del usuario, la asignación de intervalos de tiempo, la trayectoria de vuelo del UAV, la selección del modo STAR-RIS y la matriz de ángulo de fase, logrando la minimización del consumo de energía a largo plazo mientras se asegura una cola de tareas estables. Dado que el problema propuesto es un problema de optimización estocástica a largo plazo, utilizamos el método de Lyapunov para transformarlo en tres subproblemas de optimización determinista en línea y resolverlos de manera alterna e iterativa. Específicamente, primero utilizamos la función de Lambert para resolver la solución en forma cerrada de la potencia de transmisión; luego, utilizamos la dualidad de Lagrange y las condiciones de Karush-Kuhn-Tucker para resolver la asignación de intervalos de tiempo; finalmente, se utiliza la aproximación convexa sucesiva para obtener la planificación de trayectoria para los UAVs con menor complejidad, y se utilizan desigualdades triangulares para resolver el cambio de fase del STAR-RIS. Los resultados de la simulación muestran que el esquema propuesto tiene un mejor rendimiento que otros esquemas de referencia en el mantenimiento de la estabilidad de la cola y la reducción del consumo de energía.
Descripción
En entornos urbanos, el entorno de comunicación altamente complejo a menudo conduce a bloqueos en el enlace entre los usuarios en tierra (GUs) y los vehículos aéreos no tripulados (UAVs), lo que resulta en una mala calidad de comunicación. Aunque las superficies inteligentes reconfigurables (RISs) tradicionales pueden mejorar la calidad del canal inalámbrico, solo pueden proporcionar servicios de reflexión y tienen una cobertura limitada. Por esta razón, estudiamos una red asistida por superficies inteligentes reconfigurables que transmiten y reflejan simultáneamente (STAR-RIS) para la computación en el borde móvil de UAV (UAV-MEC), que puede servir a múltiples usuarios que residen en el área de transmisión y en el área de reflexión, y alternar entre modos de reflexión y transmisión según las posiciones relativas del UAV, los GUs y el STAR-RIS, proporcionando a los usuarios servicios más flexibles y eficientes. El sistema considera de manera integral la potencia de transmisión del usuario, la asignación de intervalos de tiempo, la trayectoria de vuelo del UAV, la selección del modo STAR-RIS y la matriz de ángulo de fase, logrando la minimización del consumo de energía a largo plazo mientras se asegura una cola de tareas estables. Dado que el problema propuesto es un problema de optimización estocástica a largo plazo, utilizamos el método de Lyapunov para transformarlo en tres subproblemas de optimización determinista en línea y resolverlos de manera alterna e iterativa. Específicamente, primero utilizamos la función de Lambert para resolver la solución en forma cerrada de la potencia de transmisión; luego, utilizamos la dualidad de Lagrange y las condiciones de Karush-Kuhn-Tucker para resolver la asignación de intervalos de tiempo; finalmente, se utiliza la aproximación convexa sucesiva para obtener la planificación de trayectoria para los UAVs con menor complejidad, y se utilizan desigualdades triangulares para resolver el cambio de fase del STAR-RIS. Los resultados de la simulación muestran que el esquema propuesto tiene un mejor rendimiento que otros esquemas de referencia en el mantenimiento de la estabilidad de la cola y la reducción del consumo de energía.