车联网中面向信息年龄的多无人机轨迹规划和资源分配策略研究

来源 :山东大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:june_jt
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
车联网是实现车与万物互联的泛在网络,为智能交通系统(ITS)中的诸多应用提供了重要支撑。随着信息技术的高速发展,新一代ITS中还将涌现大量感知、通信、计算、控制一体化的时间敏感类应用,这些应用高度依赖于情境信息的及时交互,因而对车联网中的信息时效性提出了新的要求。为此,以信息年龄为代表的时效性新度量应运而生,并正在成为车联网时严通信研究中的一项重要指标。在ITS的传统架构中,信息的交互往往通过地面网络完成。然而随着城市车辆的迅速增加,地面网络的通信压力也随之增大;并且城市车流量会随人类与社会因素出现巨大波动,导致高峰期时部分地面网络发生拥塞甚至瘫痪。无人机作为基站辅助通信被认为是应对此类极端情况的一项重要技术,而如何对无人机进行灵活的轨迹规划与合理的资源分配就成为了能否提升ITS应用性能的关键所在。基于上述背景,本文以最小化系统期望和信息年龄(ESAoI)为目标,重点关注车联网中多无人机的轨迹规划和资源分配问题,首先在集中式架构下研究了由ITS服务器控制的多无人机轨迹规划和资源分配联合策略;在此基础上,进一步考虑无人机自主决策的场景,研究了分布式架构下基于多智能体深度强化学习算法的多无人机轨迹规划策略。本文的主要工作和创新点归纳如下:1)提出了集中式架构下多无人机的最优轨迹规划和频谱资源分配联合策略。针对ITS服务器作为控制中心对多架无人机进行集中式控制的场景,设计了无人机的工作流程,将相互耦合的轨迹规划和资源分配变量进行时序上的分离,并基于此流程建模了ESAoI最小化问题。为解决该优化问题,本文结合深度强化学习中的双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法和轮询调度(Round-robin)机制提出了 TD3轨迹规划-Round-robin资源分配(TTP-RRA)联合策略,并从数学上证明了 RRA在所研究系统中ESAoI最小化方面相较于其他资源分配策略的最优性。基于TTP-RRA,ITS服务器可根据全局状态信息得到各无人机在每个时隙内的最优飞行速度,并向其发送轨迹规划指令;各无人机飞至目标位置后,以通信范围内车辆信息年龄的降序向相应车辆分配频谱资源,直至剩余的频谱资源不足以支持任何车辆进行成功的信息上传为止。仿真结果显示TTP-RRA在智能体训练方面具有良好的收敛性与稳定性,在ESAoI、无人机轨迹等方面的表现均优于其他基准策略。2)提出了分布式架构下多无人机的最优轨迹规划策略,可避免集中式架构下频繁的信息交互所带来的通信负担。在工作1)的基础上,结合集中式训练、分布式执行的多智能体强化学习架构和单智能体深度强化学习算法TD3,提出了多智能体双延迟深度确定性策略梯度(MaTD3)算法,并在沿用RRA作为资源分配策略的基础上,提出了MaTD3轨迹规划(MTTP)策略。基于所提MTTP策略,各无人机可根据局部观测信息得到各自的最优飞行速度,并飞至目标位置以进行资源分配。仿真结果显示MTTP在智能体训练的收敛性方面优于TTP,在智能体训练的稳定性、ESAoI最小化方面显著优于基于传统多智能体深度强化学习算法的轨迹规划策略。此外,相较于TTP,由MTTP得到的多无人机轨迹也呈现出了鲜明的分布式特性。
其他文献
清洁能源的大规模集中开发与分布式开发并举是助推“双碳”目标实现的重要举措,分布式电源就近接入配电网,使传统单电源径向配电网转变为多电源供电的有源配电网。以太阳能、风能为代表的分布式电源的出力具有波动性和间歇性,导致有源配电网的潮流方向与故障电流特征具有不确定性。此外,通过电力电子器件并网的逆变型分布式电源受到多种控制策略影响,故障特性更为特殊。随着配电网中分布式电源渗透率的进一步提高,传统配电网的
学位
随着科技飞速发展,各种电力电子整流装置广泛应用,谐波所造成的危害越发严重。特别是近年来随着电动汽车相关产业的飞速发展,其保有量不断提高,充电装置应用愈发广泛。车载充电器体积较小易于携带,可缓解电动汽车充电设施不足带来的困难,为减少谐波所造成的危害,充电器中都带有功率因数校正装置。本文以一种基于非对称双有源桥的单级式变换器为研究对象,分析其工作原理和控制方法实现功率因数校正,可应用于车载充电器等整流
学位
在第五代移动通信和物联网等技术的推动下,边缘计算飞速发展,传统基于云中心的人工智能网络架构出现了本地化的演进趋势。联邦学习作为网联人工智能的新范例,在协同训练和保护隐私等方面具备独特的优势。在联邦学习系统中,全局模型参数的更新依赖于云服务器与边缘节点间频繁的模型信息交互,这将给系统带来大量额外的通信开销和训练时延,已经成为了限制系统性能的关键问题。当前,通过压缩节点模型参数信息以减少节点间的通信开
学位
车联网是智能交通系统(ITS)重要的使能技术之一。随着车联网技术的快速发展,大量计算密集和时延敏感的车载应用不断涌现,车辆对于计算和通信资源的需求急剧提升。一方面,计算资源受限的车辆终端难以满足车辆任务的低时延要求;另一方面,车辆的高移动性导致网络拓扑结构快速变化,频谱资源管理困难。针对上述问题,本文首先研究了车联网中车辆任务的卸载策略,引入移动边缘计算(MEC)技术为车辆提供卸载服务,有效减少了
学位
涡轮发动机作为飞机、车辆或船舶等动力关键设备,其运行状态和可靠性对设备安全和稳定运行起着决定性作用。然而,复杂多变的工作条件,高温高压工作环境等因素导致发动机易出现性能退化甚至失效的问题。在发动机退化早期开展剩余寿命(Remaining Useful Life,RUL)预测并安排合理的维护方案,可以有效避免计划外停机维修造成的损失,提高设备安全性,有效的预测方法对于及时RUL预测至关重要。本文面向
学位
人类文明的高速发展依赖于能源的生产与利用,然而近年来能源短缺,环境恶化,已逐渐成为遏制人类未来发展的重要因素。在能源短缺、全球变暖的压力下,利用和发展新能源,实现电力供应低碳化成为解决这些问题的有效途径,而电动汽车作为新能源的终端设备,数量巨大潜力无限,成为新能源转换的重要应用。除此之外,传统汽车排放大量一氧化碳、氮氧化物和颗粒物,此类化合物已成为酸雨和雾霾的重要来源,且极易引起人类呼吸系统疾病,
学位
参与式预算是地方政府在预算领域的一项代表性创新政策,其关键特质在于赋予普通民众预算参与权,通过“预算协商、民主决策”确保“人民的钱”由“人民说了算”。可持续性是检验政府创新成效的一项重要标准,地方政府参与式预算创新是社会发展转型和公共财政迈向现代化过程中的产物,如何在充满不确定性的现实环境中持续运作与发展是一个十分关键的问题。经过近二十年的实践探索,我国地方政府参与预算创新总体上呈现出较强的空间扩
学位
以深度学习为代表的人工智能技术已经成为推动5G/6G网络智能化的核心驱动力。作为构建智能化网络中不可或缺的一环,无线业务流量预测技术对于提升网络性能、降低网络能耗、提升用户体验具有重要意义。精准的流量预测有助于实现对未来业务需求的动态感知,既为后续通信资源的预分配提供了先验信息,也为网络基础设施的部署与扩容提供了依据,同时还可避免不必要的运营维护成本,为实现绿色通信提供有力保障。分析表明,实际场景
学位
现代汉语中有一种常见的结构“NP的VP”,如:“她的到来”、“孩子的朗读”、“心脏的跳动”、“这几首诗的发表”这一类结构。其中NP指名词、代词或名词性短语;VP指动词、动词短语。学界对现代汉语“NP的VP”结构的研究成果较丰富,但是较少谈及“NP的VP”结构的翻译,文章以此为出发点,主要研究现代汉语“NP的VP”结构在维吾尔语中的表现形式。本文以现代汉语中关于“NP的VP”结构研究已有的分类为基础
学位
在《中国制造2025》这一行动纲领的领导下,电力行业已成为我国走向制造业强国的冲锋号、排头兵,电力系统的安全与稳定也因此关乎着我国发展的大局。电网作为电力系统中极其重要的组成部分,承担着输送与分配电能的重要作用。由于电网的线路往往要穿越祖国大地各处的山川河流,面临着复杂多变的运行环境,在运行过程中会不可避免的因各类因素导致事故。对电网进行故障诊断是处理复杂多变的各类事故的重要前提。随着电网故障诊断
学位