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Optimización de la Eficiencia Energética para Redes de Comunicación Alimentadas Inalámbricamente Asistidas por UAV-RIS

Autores: Shen, Xianhao; Gu, Ling; Yang, Jiazhi; Shen, Shuangqin

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Optimización de la Eficiencia Energética para Redes de Comunicación Alimentadas Inalámbricamente Asistidas por UAV-RIS


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Entornos urbanos
Vehículos aéreos no tripulados
Redes de comunicación alimentadas de forma inalámbrica
Internet de las Cosas
Eficiencia energética
Aprendizaje por refuerzo profundo

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En entornos urbanos, los vehículos aéreos no tripulados (VANT) pueden mejorar significativamente el rendimiento de las redes de comunicación alimentadas por energía inalámbrica (WPCN), permitiendo una comunicación fiable y una transferencia de energía eficiente para los nodos urbanos del Internet de las Cosas (IoT). Sin embargo, el complejo paisaje urbano caracterizado por estructuras de edificios densos y distribuciones de nodos obstaculiza severamente la eficiencia de la transmisión de energía inalámbrica. Para abordar este desafío, este documento presenta un nuevo marco para los sistemas WPCN urbanos asistidos por VANT equipados con superficies inteligentes reconfigurables (UAV-RIS). El marco adopta la tecnología de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para coordinar el proceso de transmisión de información y energía. Considerando dos métodos TDMA, el documento optimiza conjuntamente la trayectoria de vuelo del VANT, la programación de recolección de energía de los nodos terrestres y la matriz de cambio de fase del RIS con el objetivo de mejorar la eficiencia energética del sistema. Además, se introduce el aprendizaje por refuerzo profundo (DRL) para resolver de manera efectiva el problema de optimización formulado. Los resultados de simulación demuestran que el esquema optimizado propuesto supera a los esquemas de referencia en términos de rendimiento promedio y eficiencia energética. Los datos experimentales también revelan la aplicabilidad de diferentes estrategias TDMA: el TDMA dinámico exhibe un rendimiento superior al lograr un mayor rendimiento promedio en los nodos terrestres en escenarios urbanos, mientras que el TDMA tradicional es más ventajoso para la eficiencia total de recolección de energía. Estos hallazgos proporcionan perspectivas teóricas críticas y pautas prácticas para el diseño de trayectorias de VANT y la optimización de redes de comunicación en entornos urbanos.

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