多无人机网络中无人机数量、部署位置与回程连接的优化
信息论
2022-06-20 v2 math.IT
摘要
多无人机（Unmanned Aerial Vehicle, UAV）网络是为偏远困难地区（如农田中的物联网（Internet of Things, IoT）设备）地面用户提供无线覆盖的一种有前景的方案，在这些地区传统蜂窝网络稀疏或不可用。此类网络的一个关键挑战是所有无人机基站的3D部署，使得所形成的多无人机网络（i）使用最少数量的无人机，同时确保——（ii）到附近地面基站的回程连接（直接或经由其他无人机），以及（iii）对作业区域内所有地面用户的无线覆盖。这一联合回程与覆盖感知的无人机部署（Backhaul-and-coverage-aware Drone Deployment, BoaRD）问题在文献中基本未被研究，因此是本文的重点。我们首先将BoaRD问题建模为整数线性规划（Integer Linear Programming, ILP）。然而，该问题是NP难的，因此我们提出了一种具有可证明性能保证的低复杂度算法来高效求解。我们的仿真研究表明，在区域大小和用户数量相对较小的较小场景中，所提算法的性能非常接近最优算法（使用ILP求解器求解）。在区域大小和用户数量相对较大的较大场景中，所提算法在利用更少无人机的同时确保全部已部署无人机100%地面用户覆盖和回程连接方面，分别比回程感知贪心算法和随机基线算法高出至多17%和95%，横跨所有考虑的仿真设置。
引用
@article{arxiv.2111.05457,
title = {Optimizing Number, Placement, and Backhaul Connectivity of Multi-UAV Networks},
author = {Javad Sabzehali and Vijay K. Shah and Qiang Fan and Biplav Choudhury and Lingjia Liu and Jeffrey H. Reed},
journal= {arXiv preprint arXiv:2111.05457},
year = {2022}
}
备注
To appear in IEEE Internet of Things Journal