信息年龄约束下的无人机数据采集能耗优化路径规划算法

来源：电子与信息学报杂志2024年第10期北京时间：

作者：高思华, 刘宝煜, 惠康华, 徐伟峰, 李军辉, 赵炳阳

单位：1.中国民航大学计算机科学与技术学院 天津 3003002.华北电力大学(保定)计算机系 保定 0710663.河北省能源电力知识计算重点实验室 保定 071066

摘要：信息年龄(AoI)是评价无线传感器网络(WSN)数据时效性的重要指标，无人机辅助WSN数据采集过程中采用优化飞行轨迹、提升速度等运动策略保障卸载至基站的数据满足各节点AoI限制。然而，不合理的运动策略易导致无人机因飞行距离过长、速度过快产生非必要能耗，造成数据采集任务失败。针对该问题，该文首先提出信息年龄约束的无人机数据采集能耗优化路径规划问题并进行数学建模；其次，设计一种协同混合近端策略优化(CH-PPO)强化学习算法，同时规划无人机对传感器节点或基站的访问次序、悬停位置和飞行速度，在满足各传感器节点信息年龄约束的同时，最大限度地减少无人机能量消耗。再次，设计一种融合离散和连续策略的损失函数，增强CH-PPO算法动作的合理性，提升其训练效果。仿真实验结果显示，CH-PPO算法在无人机能量消耗以及影响该指标因素的比较中均优于对比的3种强化学习算法，并具有良好的收敛性、稳定性和鲁棒性。

关键词：无线传感器网络, 信息年龄约束, 协同混合近端策略优化算法, 无人机路径规划, 深度强化学习

基金资助：国家自然科学基金(62173332)，中央高校基本科研业务费专项资金(3122019118)，河北省能源电力知识计算重点实验室开发基金(HBKCEP202202)