This paper studies an unmanned aerial vehicle (UAV)-assisted wireless network, where a UAV is dispatched to gather information from ground sensor nodes (SN) and transfer the collected data to the depot. The information freshness is captured by the age of information (AoI) metric, whilst the energy consumption of the UAV is seen as another performance criterion. Most importantly, the AoI and energy efficiency are inherently competing metrics, since decreasing the AoI requires the UAV returning to the depot more frequently, leading to a higher energy consumption. To this end, we design UAV paths that optimize these two competing metrics and reveal the Pareto frontier. To formulate this problem, a multi-objective mixed integer linear programming (MILP) is proposed with a flow-based constraint set and we apply Bender's decomposition on the proposed formulation. The overall outcome shows that the proposed method allows deriving non-dominated solutions for decision making for UAV based wireless data collection. Numerical results are provided to corroborate our study by presenting the Pareto front of the two objectives and the effect on the UAV trajectory.


翻译:本文研究无人驾驶航空飞行器(无人驾驶飞行器)辅助无线网络,无人驾驶航空飞行器是用来从地面传感器节点收集信息并将收集到的数据传送到仓库的。信息新鲜度是通过信息年龄(AoI)衡量标准捕捉到的,而无人驾驶航空飞行器的能源消耗则被视为另一个性能标准。最重要的是,AoI和能源效率本质上是相互竞争的量度,因为AoI要求无人驾驶飞行器更频繁地返回仓库,从而导致更高的能源消耗。为此,我们设计了无人驾驶航空飞行器路径,优化了这两个相互竞争的指标,并揭示了Pareto的前沿地带。为了制定这一问题,我们提出了一个多目标的混合整形线性线性编程(MILP),并设定了基于流动的限制,我们采用了Bender对拟议配方的分解法。总体结果表明,拟议方法可以产生非主控型的UAV无线数据收集决策解决方案。提供Numerical结果,通过介绍Pareto前面的两个目标和对UAV轨迹的影响来证实我们的研究。

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