Optimización Multi-Objetivo Adaptativa para Redes IoT Alimentadas por Energía Inalámbrica Asistidas por UAV
Autores: Zhu, Xu; He, Junyu; Zhao, Ming
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Optimización Multi-Objetivo Adaptativa para Redes IoT Alimentadas por Energía Inalámbrica Asistidas por UAV
Categoría
Gestión y administración
Subcategoría
Gestión de la tecnología y la inovación
Palabras clave
Papel
Recolección conjunta de datos
Transferencia de energía inalámbrica
Red IoT asistida por UAV
Trayectoria
Control de suspensión
Optimización multiobjetivo
Consumo de energía
Gradiente de política determinista profunda
Resultados de simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Este documento estudia la recolección conjunta de datos y la transferencia de energía inalámbrica en una red IoT asistida por UAV. Un UAV de ala rotativa sigue un ciclo de volar-flotar-comunicar. En cada flotación, recibe simultáneamente datos de enlace ascendente en modo de dúplex completo mientras entrega energía de radiofrecuencia a dispositivos cercanos. Utilizando un modelo de propulsión-energía realista y un modelo no lineal de recolección de energía, formulamos el control de trayectoria y flotación como un problema de optimización multiobjetivo que maximiza la tasa de datos agregada y la energía total recolectada, mientras minimiza el consumo de energía del UAV durante la misión. Para permitir compensaciones flexibles entre estos objetivos bajo condiciones variables en el tiempo, proponemos un mecanismo de ponderación dinámica y adaptativa al estado que genera pesos condicionados por el entorno en línea, el cual se integra en un marco mejorado de gradiente de política determinista profunda (DDPG). La política resultante de MODDPG de peso dinámico (DW-MODDPG) ajusta de manera adaptativa la trayectoria y la estrategia de flotación del UAV en respuesta a variaciones en tiempo real en la demanda de datos y el estado de energía. Los resultados de simulación demuestran que DW-MODDPG logra un rendimiento general superior y un equilibrio más favorable entre los tres objetivos. En comparación con la línea base de peso fijo, nuestro algoritmo aumenta la energía total recolectada en hasta un 13.8% y la tasa de datos total en hasta un 5.4%, manteniendo un consumo de energía del UAV comparable o incluso menor.
Descripción
Este documento estudia la recolección conjunta de datos y la transferencia de energía inalámbrica en una red IoT asistida por UAV. Un UAV de ala rotativa sigue un ciclo de volar-flotar-comunicar. En cada flotación, recibe simultáneamente datos de enlace ascendente en modo de dúplex completo mientras entrega energía de radiofrecuencia a dispositivos cercanos. Utilizando un modelo de propulsión-energía realista y un modelo no lineal de recolección de energía, formulamos el control de trayectoria y flotación como un problema de optimización multiobjetivo que maximiza la tasa de datos agregada y la energía total recolectada, mientras minimiza el consumo de energía del UAV durante la misión. Para permitir compensaciones flexibles entre estos objetivos bajo condiciones variables en el tiempo, proponemos un mecanismo de ponderación dinámica y adaptativa al estado que genera pesos condicionados por el entorno en línea, el cual se integra en un marco mejorado de gradiente de política determinista profunda (DDPG). La política resultante de MODDPG de peso dinámico (DW-MODDPG) ajusta de manera adaptativa la trayectoria y la estrategia de flotación del UAV en respuesta a variaciones en tiempo real en la demanda de datos y el estado de energía. Los resultados de simulación demuestran que DW-MODDPG logra un rendimiento general superior y un equilibrio más favorable entre los tres objetivos. En comparación con la línea base de peso fijo, nuestro algoritmo aumenta la energía total recolectada en hasta un 13.8% y la tasa de datos total en hasta un 5.4%, manteniendo un consumo de energía del UAV comparable o incluso menor.