面向 6G 无人机器人系统的感知-通信-计算-控制闭环优化

快速的领域机器人进步带来了一种新的类赛博物理系统——无人机器人系统——受到广泛关注。在即将到来的第六代 (6G) 时代，这些系统有潜力取代人类执行危险任务。本文研究了一个由多功能无人机 (UAV)、传感器和执行器组成的无人机器人系统。UAV 承载通信和计算模块，充当边缘信息枢纽 (EIH)，负责传输和处理信息。在任务执行期间，EIH 收集感知数据、计算控制命令并将命令传输给执行器，形成类似反射弧的感知-通信-计算-控制 ($\mathbf{SC}^3$) 循环。不同于现有研究分别设计 $\mathbf{SC}^3$ 循环的各个组件，我们将每个 $\mathbf{SC}^3$ 循环视为一个集成结构，提出一种以目标为导向的闭环优化方案。该方案在 $\mathbf{SC}^3$ 循环内部和跨循环中联合优化上行和下行 (UL&DL) 通信和计算，以最小化总线性二次型控制器 (LQR) 成本。我们推导了单元循环分配的最优闭式解，并提出了用于跨循环优化的高效迭代算法。在 CPU 频率充足的情况下，我们推导出跨循环带宽分配的近似闭式解。仿真结果表明，所提出的方案在 $\mathbf{SC}^3$ 循环内部和跨循环中实现了两种层次的任务级平衡。