LLM Meets the Sky: Heuristic Multi-Agent Reinforcement Learning for Secure Heterogeneous UAV Networks

计算机科学 强化学习 稳健性(进化) 启发式 分布式计算 物理层 启发式 马尔可夫决策过程 数学优化 计算 架空(工程) 推论 高效能源利用 随机性 群体行为 障碍物 最大化 人工智能 完整的 能量(信号处理) 保密 调度(生产过程) 最优化问题 无人机 实时计算 频道(广播) 放松(心理学) 能源消耗 植绒(纹理) 弹道 无线传感器网络
作者
Lijie Zheng,Ji He,Shih Yu Chang,Yulong Shen,Dusit Niyato
标识
DOI:10.48550/arxiv.2507.17188
摘要

This work tackles the physical layer security (PLS) problem of maximizing the secrecy rate in heterogeneous UAV networks (HetUAVNs) under propulsion energy constraints. Unlike prior studies that assume uniform UAV capabilities or overlook energy-security trade-offs, we consider a realistic scenario where UAVs with diverse payloads and computation resources collaborate to serve ground terminals in the presence of eavesdroppers. To manage the complex coupling between UAV motion and communication, we propose a hierarchical optimization framework. The inner layer uses a semidefinite relaxation (SDR)-based S2DC algorithm combining penalty functions and difference-of-convex (d.c.) programming to solve the secrecy precoding problem with fixed UAV positions. The outer layer introduces a Large Language Model (LLM)-guided heuristic multi-agent reinforcement learning approach (LLM-HeMARL) for trajectory optimization. LLM-HeMARL efficiently incorporates expert heuristics policy generated by the LLM, enabling UAVs to learn energy-aware, security-driven trajectories without the inference overhead of real-time LLM calls. The simulation results show that our method outperforms existing baselines in secrecy rate and energy efficiency, with consistent robustness across varying UAV swarm sizes and random seeds.
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