物联网中多无人机协作数据收集以保信息新鲜度
信息论
2023-03-03 v1 math.IT
摘要
在物联网（IoT）中维持信息新鲜度是一个关键且具挑战性的问题。本文研究利用多架无人机（UAV）进行协作数据收集，目标是最小化总平均信息年龄（AoI）。我们考虑无人机的各类约束，包括运动学、能量、轨迹与避碰约束，以优化数据收集过程。具体地，每架机载能量有限的无人机从其初始位置起飞，飞越传感器节点，与其他无人机协作收集更新包。无人机须在指定时长后以其最终目的地着陆且剩余能量非负，以确保有足够能量完成任务。设计无人机轨迹与传感器节点传输调度以提升信息新鲜度至关重要。我们将多无人机数据收集问题建模为分散部分可观测马尔可夫决策过程（Dec-POMDP），因每架无人机不知环境动态且仅能观测部分传感器。为应对该问题的挑战，我们提出一种基于多智能体深度强化学习（DRL）的集中学习分散执行算法。除奖励塑形外，我们使用动作掩码过滤无效动作并确保约束满足。仿真结果表明，相较基线算法，所提算法可显著减小总平均 AoI，且动作掩码方法的使用可提升所提算法的收敛速度。
引用
@article{arxiv.2303.01381,
title = {Cooperative Data Collection with Multiple UAVs for Information Freshness in the Internet of Things},
author = {Xijun Wang and Mengjie Yi and Juan Liu and Yan Zhang and Meng Wang and Bo Bai},
journal= {arXiv preprint arXiv:2303.01381},
year = {2023}
}