UAV Trajectory Planning in Wireless Sensor Networks for Energy Consumption Minimization by Deep Reinforcement Learning

强化学习 无线传感器网络 能源消耗 计算机科学 弹道 能量最小化 缩小 轨迹优化 实时计算 无线 人工智能 最优化问题 数学优化 最优控制 工程类 计算机网络 算法 数学 计算化学 物理 电气工程 电信 化学 程序设计语言 天文
作者
Botao Zhu,Ebrahim Bedeer,Ha H. Nguyen,Robert Barton,Jérôme Henry
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:70 (9): 9540-9554 被引量:171
标识
DOI:10.1109/tvt.2021.3102161
摘要

Unmanned aerial vehicles (UAVs) have emerged as a promising candidate solution for data collection of large-scale wireless sensor networks (WSNs). In this paper, we investigate a UAV-aided WSN, where cluster heads (CHs) receive data from their member nodes, and a UAV is dispatched to collect data from CHs. We aim to minimize the total energy consumption of the UAV-WSN system in a complete round of data collection. Toward this end, we formulate the energy consumption minimization problem as a constrained combinatorial optimization problem by jointly selecting CHs from clusters and planning the UAV's visiting order to the selected CHs. The formulated energy consumption minimization problem is NP-hard, and hence, hard to solve optimally. To tackle this challenge, we propose a novel deep reinforcement learning (DRL) technique, pointer network-A* (Ptr-A*), which can efficiently learn the UAV trajectory policy for minimizing the energy consumption. The UAV's start point and the WSN with a set of pre-determined clusters are fed into the Ptr-A*, and the Ptr-A* outputs a group of CHs and the visiting order of CHs, i.e., the UAV's trajectory. The parameters of the Ptr-A* are trained on small-scale clusters problem instances for faster training by using the actor-critic algorithm in an unsupervised manner. Simulation results show that the trained models based on 20-clusters and 40-clusters have a good generalization ability to solve the UAV's trajectory planning problem in WSNs with different numbers of clusters, without retraining the models. Furthermore, the results show that our proposed DRL algorithm outperforms two baseline techniques.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
DrJiang完成签到,获得积分10
刚刚
1秒前
1秒前
非言墨语发布了新的文献求助20
1秒前
爱笑大地完成签到,获得积分10
2秒前
小飞发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
大模型应助循环采纳,获得10
3秒前
3秒前
辛勤的觅荷完成签到,获得积分10
3秒前
研友_Z3vN0n完成签到,获得积分10
3秒前
ww发布了新的文献求助20
4秒前
闪闪的诗珊应助BJYX采纳,获得10
4秒前
4秒前
4秒前
牛牛牛应助Kunhui采纳,获得30
5秒前
自由天川完成签到,获得积分10
5秒前
lin发布了新的文献求助10
5秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
5秒前
Neo完成签到,获得积分20
5秒前
LL发布了新的文献求助10
5秒前
6秒前
满意的梦完成签到,获得积分10
6秒前
平常映雁完成签到,获得积分10
7秒前
听谛9发布了新的文献求助10
7秒前
andy完成签到,获得积分10
7秒前
搜集达人应助高贵振家采纳,获得10
8秒前
风清扬完成签到,获得积分10
8秒前
小飞完成签到,获得积分10
8秒前
9秒前
甜甜花卷发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
10秒前
10秒前
10秒前
zhanggq123发布了新的文献求助10
10秒前
上官若男应助lilili采纳,获得10
11秒前
jananie完成签到,获得积分10
12秒前
彪壮的忘幽完成签到,获得积分10
12秒前
13秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Encyclopedia of Forensic and Legal Medicine Third Edition 5000
Introduction to strong mixing conditions volume 1-3 5000
Aerospace Engineering Education During the First Century of Flight 3000
Agyptische Geschichte der 21.30. Dynastie 3000
Les Mantodea de guyane 2000
从k到英国情人 1700
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5776553
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 5629807
关于积分的说明 15443193
捐赠科研通 4908648
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2641367
邀请新用户注册赠送积分活动 1589320
关于科研通互助平台的介绍 1543933