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无人机辅助通感一体化系统中的信息年龄分析优化

于宝泉 杨炜伟 王权 张若愚 蔡跃明

黄长强, 赵克新. 基于改进蚁狮算法的无人机三维航迹规划[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(7): 1532-1538. doi: 10.11999/JEIT170961
引用本文: 于宝泉, 杨炜伟, 王权, 张若愚, 蔡跃明. 无人机辅助通感一体化系统中的信息年龄分析优化[J]. 电子与信息学报, 2024, 46(5): 1996-2003. doi: 10.11999/JEIT231175
HUANG Changqiang, ZHAO Kexin. Three Dimensional Path Planning of UAV with Improved Ant Lion Optimizer[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(7): 1532-1538. doi: 10.11999/JEIT170961
Citation: YU Baoquan, YANG Weiwei, WANG Quan, ZHANG Ruoyu, CAI Yueming. Age of Information Analysis and Optimization in Unmanned Aerial Vehicles-assisted Integrated Sensing and Communication Systems[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2024, 46(5): 1996-2003. doi: 10.11999/JEIT231175

无人机辅助通感一体化系统中的信息年龄分析优化

doi: 10.11999/JEIT231175
基金项目: 国家自然科学基金(62171464, 62201266)
详细信息
    作者简介:

    于宝泉:男,博士,讲师,研究方向为信息年龄、短包通信等

    杨炜伟:男,博士,副教授,研究方向为协同通信、认知物联网、隐蔽通信等

    王权:男,硕士,助理工程师,研究方向为移动通信、信息通信等

    张若愚:男,博士,副教授,研究方向为大规模MIMO、通感一体化技术等

    蔡跃明:男,博士,教授,研究方向为移动通信、协同通信、通信安全等

    通讯作者:

    杨炜伟 wwyang1981@163.com

  • 中图分类号: TN926

Age of Information Analysis and Optimization in Unmanned Aerial Vehicles-assisted Integrated Sensing and Communication Systems

Funds: The National Natural Science Foundation of China (62171464, 62201266)
  • 摘要: 在许多监测控制任务中,由于被监测目标和控制中心距离较远,控制中心难以直接获取目标实时的状态信息。无人机(UAV)可以发挥其高移动性优势,减少感知和通信距离,进而提升感知和通信能力,为远距离目标状态信息实时获取问题提供了新思路。对此,该文研究了UAV辅助通感一体化系统中的信息年龄(AoI)分析优化问题,首先分析了控制中心的状态更新过程,然后推导出平均峰值AoI的闭式表达式。进一步地,在多UAV多目标场景中,通过优化UAV在空中的感知位置和通信位置以及UAV和目标的匹配关系,来进一步降低系统的平均峰值AoI,改善状态更新的实时性。仿真结果验证了理论分析的正确性,同时表明了相比于对比方法,所提优化方法可以有效改善系统的AoI性能。
  • 图  1  系统模型

    图  2  AoI更新过程

    图  3  平均峰值AoI随UAV高度变化图

    图  4  单UAV单目标下3种不同优化方法性能对比图

    图  5  多UAV多目标下两种不同优化方法性能对比图

    图  6  多UAV多目标下不同任务平均峰值AoI性能图

    1  AoI性能优化算法

     初始化:xc(0), xs(0), Q
     For m=1:M
      For k=1:K
       t=0
       Do
        对于xmc[min,采用
        黄金分割法得到优化后的x_{\text{c}}^m\left( {t + 1} \right)
        对于 x_{\text{s}}^m \in \left[ {x_{\text{c}}^m\left( {t + 1} \right),X} \right] ,采用黄金分割法得到最佳的
        x_{\text{s}}^m\left( {t + 1} \right)
        t \leftarrow t + 1
      Until t > {t_{\max }}
      根据优化后的x_{\text{c}}^mx_{\text{s}}^m,计算得到最小的平均峰值AoI\bar \varDelta {_k^{m*}}
      If \bar \varDelta {_k^{m*}} \le \tau
        Q_k^m \leftarrow \bar \varDelta _{k^{m*}}
      Else
        Q_k^m \leftarrow \infty
       End If
      End for
     End for
     采用匈牙利算法优化UAV与被监测目标的匹配关系,得到{{\boldsymbol{Q}}^*}
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2023-10-30
  • 修回日期:  2024-02-23
  • 网络出版日期:  2024-03-06
  • 刊出日期:  2024-05-30

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