无人机使能组播中最小化完成时间的轨迹优化

本文研究无人机 (UAV) 使能的组播系统，其中派遣一架 UAV 向若干地理分散的地面终端 (GT) 分发公共文件。我们的目标是设计 UAV 轨迹以最小化其任务完成时间，同时确保每个 GT 能够以所需的高概率成功恢复文件。我们考虑在 UAV 组播中使用实用的随机线性网络编码 (RLNC)，使得每个 GT 只要接收到足够数量的编码包即可恢复文件。然而，构建的 UAV 轨迹优化问题是非凸的，难以直接求解。为解决这一问题，我们首先推导了每个 GT 文件恢复成功概率的解析下界。基于此结果，我们将问题重构为更易处理的形式，其中 UAV 轨迹只需设计为满足一组约束，每个约束关于与某 GT 的最小连接时间，在此期间两者距离低于设计的阈值。我们表明，最优 UAV 轨迹只需由连通的线段构成，因此可以通过先确定最优航点集合，再确定沿连接航点直线的 UAV 速度来获得。我们基于虚拟基站 (VBS) 放置的新颖概念并应用凸优化技术，提出了航点设计的实用方案。此外，对于给定的航点集合，我们通过求解线性规划 (LP) 问题，高效地获得了 UAV 在所得路径上的最优速度。数值结果表明，与基准方案相比，所提出的具有优化轨迹设计的 UAV 使能组播实现了显著的性能提升。