Deep Reinforcement Learning-Driven UAV Data Collection Path Planning: A Study on Minimizing AoI

强化学习 运动规划 计算机科学 路径(计算) 数据收集 人工智能 钢筋 实时计算 人机交互 模拟 计算机视觉 工程类 计算机网络 数学 机器人 结构工程 统计
作者
Haihong Huang,Yang Li,Ge Song,Wendong Gai
出处
期刊:Electronics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:13 (10): 1871-1871
标识
DOI:10.3390/electronics13101871
摘要

As a highly efficient and flexible data collection device, Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have gained widespread application because of the continuous proliferation of Internet of Things (IoT). Addressing the high demands for timeliness in practical communication scenarios, this paper investigates multi-UAV collaborative path planning, focusing on the minimization of weighted average Age of Information (AoI) for IoT devices. To address this challenge, the multi-agent twin delayed deep deterministic policy gradient with dual experience pools and particle swarm optimization (DP-MATD3) algorithm is presented. The objective is to train multiple UAVs to autonomously search for optimal paths, minimizing the AoI. Firstly, considering the relatively slow learning speed and susceptibility to local minima of neural network algorithms, an improved particle swarm optimization (PSO) algorithm is utilized for parameter optimization of the multi-agent twin delayed deep deterministic policy gradient (MATD3) neural network. Secondly, with the introduction of the dual experience pools mechanism, the efficiency of network training is significantly improved. Experimental results show DP-MATD3 outperforms MATD3 in average weighted AoI. The weighted average AoI is reduced by 33.3% and 27.5% for UAV flight speeds of v = 5 m/s and v = 10 m/s, respectively.

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