AoI-Energy Tradeoff for Data Collection in UAV-Assisted Wireless Networks

计算机科学 能源消耗 无线 实时计算 趋同(经济学) 数据收集 凸性 能量(信号处理) 弹道 数学优化 分布式计算 工程类 电信 电气工程 数学 统计 物理 天文 金融经济学 经济 经济增长
作者
X. L. Zhang,Zheng Chang,Timo Hämäläinen,Geyong Min
出处
期刊:IEEE Transactions on Communications [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (3): 1849-1861 被引量:2
标识
DOI:10.1109/tcomm.2023.3337400
摘要

Unmanned aerial vehicle (UAV)-assisted wireless communication systems are able to provide high-quality services and ubiquitous connectivity for massive Internet of Things (IoT) devices. In this paper, we study the Age of Information (AoI) and energy tradeoff in a system where an employed UAV performs data collection for multiple IoT nodes (INs). Bearing in mind the importance of AoI and energy consumption during the data collection process, we present a multi-objective optimization problem to minimize the AoI and UAV energy consumption. To explore the tradeoff between AoI and energy consumption, we jointly optimize the collection time, the UAV trajectory, and the duration of time slots. Due to the non-convexity of the formulated problem, we divide the main problem into three sub-problems and address them by leveraging successive convex approximation (SCA) and Lagrangian dual methods. Finally, we design a multi-variable fixed algorithm to iteratively solve the three sub-problems. Simulations are carried out to investigate the tradeoff between AoI and UAV energy consumption, revealing that reducing AoI and energy consumption simultaneously is unattainable. Furthermore, the convergence and validity of the proposed algorithm are presented and analyzed.
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