The adoption of UAVs in communication networks is becoming reality thanks to the deployment of advanced solutions for connecting UAVs and using them as communication relays. However, the use of UAVs introduces novel energy constraints and scheduling challenges in the dynamic management of network devices, due to the need to call back and recharge, or substitute, UAVs that run out of energy. In this paper, we design UAV recharging schemes under realistic assumptions on limited flight times and time consuming charging operations. Such schemes are designed to minimize the size of the fleet to be devoted to a persistent service of a set of aerial locations, hence its cost. We consider a fleet of homogeneous UAVs both under homogeneous and heterogeneous service topologies. For UAVs serving aerial locations with homogeneous distances to a recharge station, we design a simple scheduling, that we name HORR, which we prove to be feasible and optimal, in the sense that it uses the minimum possible number of UAVs to guarantee the coverage of the aerial service locations. For the case of non-evenly distributed aerial locations, we demonstrate that the problem becomes NP-hard, and design a lightweight recharging scheduling scheme, PHERR, that extends the operation of HORR to the heterogeneous case, leveraging the partitioning of the set of service locations. We show that PHERR is near-optimal because it approaches the performance limits identified through a lower bound that we formulate on the total fleet size.


翻译:在通信网络中采用无人驾驶航空器正在成为现实,原因是部署了连接无人驾驶航空器并将无人驾驶航空器用作通信中继的先进解决办法。然而,使用无人驾驶航空器在动态管理网络装置方面带来了新的能源限制和时间安排挑战,原因是需要召回和补给或替代耗能用完的无人驾驶航空器。在本文件中,我们根据有限飞行时间和耗费时间的实际假设设计了无人驾驶航空器补给计划。这种计划旨在最大限度地减少用于持续服务一组航空地点的机队规模,从而降低其成本。我们考虑的是,在同质和不同服务结构下,使用同质无人驾驶航空器的车队群群,在网络设备动态管理方面提出了新的能源限制和时间安排挑战。对于以同质距离补给站的航空地点提供服务的无人驾驶飞行器,我们设计了一个简单的时间安排,我们称之为HORRR,这证明是可行和最佳的,因为我们使用尽可能少的无人驾驶航空器来保证空中服务地点的覆盖面。对于不均匀分布的航空地点来说,我们证明问题已经变得很困难,并且设计了接近于同一和不同服务结构范围的空域段,因为PHERRR 展示了我们所设定的固定的固定的机段域域域域域域图。

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