Asignación de Tareas Mínimas de AoI y Optimización de Trayectorias en Redes IoT Asistidas por Múltiples UAV con Energía Inalámbrica
Autores: Gu, Yu; Qiu, Hongbing; Chen, Baoqing
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Asignación de Tareas Mínimas de AoI y Optimización de Trayectorias en Redes IoT Asistidas por Múltiples UAV con Energía Inalámbrica
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Transferencia de energía
Recolección de datos
Vehículo aéreo no tripulado
Alimentado de forma inalámbrica
Internet de las Cosas
Optimización
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento investiga el problema de transferencia de energía y recolección de datos en redes de Internet de las Cosas (IoT) asistidas por múltiples vehículos aéreos no tripulados (UAV) con energía inalámbrica. Para garantizar la frescura de la información para los dispositivos IoT y reducir el consumo de energía de los UAV, minimizamos la Edad Promedio de la Información (AoI) de los dispositivos IoT optimizando conjuntamente la recolección de energía (EH) y el tiempo de recolección de datos para los dispositivos IoT, la selección de puntos de recolección de datos (DCP), las asociaciones DCP-IoT y la asignación de tareas, la velocidad de vuelo y las trayectorias de los UAV, sujeto a la resistencia limitada de los UAV. Dado que este problema es no convexo, proponemos un nuevo esquema de asociación de DCP y planificación de trayectorias que busca soluciones óptimas en edad a través de un proceso iterativo de tres pasos. Primero, calculamos el tiempo de EH y recolección de datos para los dispositivos IoT utilizando las condiciones de Karush-Kuhn-Tucker (KKT). Luego, introducimos un algoritmo de agrupamiento basado en la asignación de tiempo de espera óptima (OHTAP) para determinar las ubicaciones óptimas de DCP y establecer asociaciones DCP-IoT. Finalmente, desarrollamos dos algoritmos para optimizar las trayectorias de los UAV: un algoritmo partheno-genético mejorado con mecanismos de mejora (EIPGA) y un algoritmo híbrido que combina un agrupamiento mejorado de MinMax k-means con EIPGA. Los resultados numéricos confirman que nuestro esquema supera consistentemente a los esquemas de referencia en rendimiento de AoI y estabilidad de solución en diversos escenarios.
Descripción
Este documento investiga el problema de transferencia de energía y recolección de datos en redes de Internet de las Cosas (IoT) asistidas por múltiples vehículos aéreos no tripulados (UAV) con energía inalámbrica. Para garantizar la frescura de la información para los dispositivos IoT y reducir el consumo de energía de los UAV, minimizamos la Edad Promedio de la Información (AoI) de los dispositivos IoT optimizando conjuntamente la recolección de energía (EH) y el tiempo de recolección de datos para los dispositivos IoT, la selección de puntos de recolección de datos (DCP), las asociaciones DCP-IoT y la asignación de tareas, la velocidad de vuelo y las trayectorias de los UAV, sujeto a la resistencia limitada de los UAV. Dado que este problema es no convexo, proponemos un nuevo esquema de asociación de DCP y planificación de trayectorias que busca soluciones óptimas en edad a través de un proceso iterativo de tres pasos. Primero, calculamos el tiempo de EH y recolección de datos para los dispositivos IoT utilizando las condiciones de Karush-Kuhn-Tucker (KKT). Luego, introducimos un algoritmo de agrupamiento basado en la asignación de tiempo de espera óptima (OHTAP) para determinar las ubicaciones óptimas de DCP y establecer asociaciones DCP-IoT. Finalmente, desarrollamos dos algoritmos para optimizar las trayectorias de los UAV: un algoritmo partheno-genético mejorado con mecanismos de mejora (EIPGA) y un algoritmo híbrido que combina un agrupamiento mejorado de MinMax k-means con EIPGA. Los resultados numéricos confirman que nuestro esquema supera consistentemente a los esquemas de referencia en rendimiento de AoI y estabilidad de solución en diversos escenarios.