Optimización de Trayectorias de UAV Basada en Modelos Kinodinámicos para el Soporte de Comunicación Inalámbrica del Internet de los Vehículos en Ciudades Inteligentes
Autores: Eskandari, Mohsen; Savkin, Andrey V.; Deghat, Mohammad
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Optimización de Trayectorias de UAV Basada en Modelos Kinodinámicos para el Soporte de Comunicación Inalámbrica del Internet de los Vehículos en Ciudades Inteligentes
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Vehículos aéreos no tripulados
Comunicación inalámbrica
Vehículos inteligentes
Percepción en tiempo real
Conducción autónoma
Optimización de trayectorias
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) se utilizan para el soporte de comunicación inalámbrica del Internet de Vehículos Inteligentes (IoVs). Los vehículos inteligentes (IVs) necesitan comunicación inalámbrica vehículo a vehículo (V2V) y vehículo a todo (V2X) para el intercambio de conocimiento de percepción en tiempo real y la modelización dinámica del entorno para una conducción autónoma segura y el cumplimiento de misiones. Los VANT navegan de forma autónoma a través de áreas urbanas densas para proporcionar enlaces de comunicación en línea de vista (LoS) para los IoVs. Se requiere un diseño de trayectoria de VANT en tiempo real para un consumo mínimo de energía y un rendimiento máximo del canal. Sin embargo, esta es una investigación multidisciplinaria que incluye (1) planificación cinemática dinámica (kinodinámica) teniendo en cuenta el movimiento de los VANT y las restricciones no holonómicas; (2) modelado de canales y mejora del rendimiento del canal en redes inalámbricas futuras (es decir, más allá de 5G y 6G) que están limitadas a la formación de haces hacia enlaces LoS con la ayuda de superficies inteligentes reconfigurables (RIS); y (3) optimización de trayectoria 3D libre de obstáculos en tiempo real para evitar colisiones en áreas urbanas densas modelando obstáculos y caminos LoS en programación convexa. Modelar y resolver este problema multilateral en tiempo real es computacionalmente prohibitivo a menos que se impongan altos costos de procesamiento computacional y de sobrecarga. Para allanar el camino hacia una optimización de trayectoria en tiempo real que sea computacionalmente eficiente y factible, este documento presenta un modelado kinodinámico de VANT. Luego, propone un problema de optimización de trayectoria convexa con los modelos kinodinámicos lineales desarrollados. La optimalidad y suavidad del problema de optimización de trayectoria se mejoran utilizando control predictivo de modelos y control de retroalimentación de estado cuadrático. Se proporcionan resultados de simulación para validar la metodología.
Descripción
Los vehículos aéreos no tripulados (VANT) se utilizan para el soporte de comunicación inalámbrica del Internet de Vehículos Inteligentes (IoVs). Los vehículos inteligentes (IVs) necesitan comunicación inalámbrica vehículo a vehículo (V2V) y vehículo a todo (V2X) para el intercambio de conocimiento de percepción en tiempo real y la modelización dinámica del entorno para una conducción autónoma segura y el cumplimiento de misiones. Los VANT navegan de forma autónoma a través de áreas urbanas densas para proporcionar enlaces de comunicación en línea de vista (LoS) para los IoVs. Se requiere un diseño de trayectoria de VANT en tiempo real para un consumo mínimo de energía y un rendimiento máximo del canal. Sin embargo, esta es una investigación multidisciplinaria que incluye (1) planificación cinemática dinámica (kinodinámica) teniendo en cuenta el movimiento de los VANT y las restricciones no holonómicas; (2) modelado de canales y mejora del rendimiento del canal en redes inalámbricas futuras (es decir, más allá de 5G y 6G) que están limitadas a la formación de haces hacia enlaces LoS con la ayuda de superficies inteligentes reconfigurables (RIS); y (3) optimización de trayectoria 3D libre de obstáculos en tiempo real para evitar colisiones en áreas urbanas densas modelando obstáculos y caminos LoS en programación convexa. Modelar y resolver este problema multilateral en tiempo real es computacionalmente prohibitivo a menos que se impongan altos costos de procesamiento computacional y de sobrecarga. Para allanar el camino hacia una optimización de trayectoria en tiempo real que sea computacionalmente eficiente y factible, este documento presenta un modelado kinodinámico de VANT. Luego, propone un problema de optimización de trayectoria convexa con los modelos kinodinámicos lineales desarrollados. La optimalidad y suavidad del problema de optimización de trayectoria se mejoran utilizando control predictivo de modelos y control de retroalimentación de estado cuadrático. Se proporcionan resultados de simulación para validar la metodología.