Optimización de la trayectoria de UAV y la eficiencia energética en redes de comunicaciones aire-tierra asistidas por RIS para múltiples usuarios
Autores: Yao, Yuanyuan; Lv, Ke; Huang, Sai; Li, Xuehua; Xiang, Wei
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Optimización de la trayectoria de UAV y la eficiencia energética en redes de comunicaciones aire-tierra asistidas por RIS para múltiples usuarios
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Superficie inteligente reconfigurable
Vehículo aéreo no tripulado
Eficiencia energética
Asignación de recursos
Optimización de trayectoria de UAV
Red de comunicación asistida por RIS
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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Se propone una red de comunicación de enlace descendente aire-tierra que consiste en una superficie inteligente reconfigurable (RIS) y un vehículo aéreo no tripulado (UAV). En conjunto con una estrategia de asignación de recursos, se mejora la eficiencia energética del sistema. Específicamente, el UAV equipado con un RIS parte de una ubicación inicial, y se despliega un algoritmo de despliegue de vehículo aéreo no tripulado eficiente en energía (EEUD) para optimizar conjuntamente la trayectoria del UAV, los cambios de fase del RIS y la potencia de transmisión de la estación base (BS), con el fin de obtener una ubicación de despliegue cuasi-óptima y, por lo tanto, mejorar la eficiencia energética. Primero, se optimizan los cambios de fase del RIS utilizando el algoritmo de descenso de coordenadas por bloques (BCD) para abordar la restricción de desigualdad no convexa, y luego se integra con el algoritmo de Dinkelbach para resolver el problema de asignación de recursos de la potencia de transmisión de la BS. Finalmente, para resolver el problema de optimización de la trayectoria del UAV, la compleja función objetivo se transforma en una función convexa, y se obtiene la trayectoria de vuelo óptima del UAV. Nuestros resultados de simulación muestran que la ubicación de despliegue cuasi-óptima obtenida por el algoritmo EEUD es superior a otras estrategias de despliegue en eficiencia energética. Además, la eficiencia energética instantánea de los UAV a lo largo de la trayectoria de búsqueda de la ubicación de despliegue es mejor que otras trayectorias de comparación. Además, la red de comunicación aire-tierra asistida por RIS puede ofrecer hasta un 145% de mejora en eficiencia energética en comparación con el tradicional relé de amplificación y reenvío (AF).
Descripción
Se propone una red de comunicación de enlace descendente aire-tierra que consiste en una superficie inteligente reconfigurable (RIS) y un vehículo aéreo no tripulado (UAV). En conjunto con una estrategia de asignación de recursos, se mejora la eficiencia energética del sistema. Específicamente, el UAV equipado con un RIS parte de una ubicación inicial, y se despliega un algoritmo de despliegue de vehículo aéreo no tripulado eficiente en energía (EEUD) para optimizar conjuntamente la trayectoria del UAV, los cambios de fase del RIS y la potencia de transmisión de la estación base (BS), con el fin de obtener una ubicación de despliegue cuasi-óptima y, por lo tanto, mejorar la eficiencia energética. Primero, se optimizan los cambios de fase del RIS utilizando el algoritmo de descenso de coordenadas por bloques (BCD) para abordar la restricción de desigualdad no convexa, y luego se integra con el algoritmo de Dinkelbach para resolver el problema de asignación de recursos de la potencia de transmisión de la BS. Finalmente, para resolver el problema de optimización de la trayectoria del UAV, la compleja función objetivo se transforma en una función convexa, y se obtiene la trayectoria de vuelo óptima del UAV. Nuestros resultados de simulación muestran que la ubicación de despliegue cuasi-óptima obtenida por el algoritmo EEUD es superior a otras estrategias de despliegue en eficiencia energética. Además, la eficiencia energética instantánea de los UAV a lo largo de la trayectoria de búsqueda de la ubicación de despliegue es mejor que otras trayectorias de comparación. Además, la red de comunicación aire-tierra asistida por RIS puede ofrecer hasta un 145% de mejora en eficiencia energética en comparación con el tradicional relé de amplificación y reenvío (AF).