Task Selection and Collision-Free Route Planning for Mobile Crowdsensing Using Multi-Population Mean-Field Games

计算机科学 移动机器人 人口 实时计算 运动规划 分布式计算 任务(项目管理) 公制(单位) 机器人 人工智能 工程类 人口学 系统工程 社会学 运营管理
作者
Yuhan Kang,Siting Liu,Hongliang Zhang,Zhu Han,Stanley Osher,H. Vincent Poor
出处
期刊:IEEE transactions on green communications and networking [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:5 (4): 1947-1960 被引量:23
标识
DOI:10.1109/tgcn.2021.3086001
摘要

With the increasing deployment of mobile vehicles, such as mobile robots and unmanned aerial vehicles (UAVs), it is foreseen that they will play an important role in mobile crowd sensing (MCS). Specifically, mobile vehicles equipped with sensors and communication modules are able to execute large scale tasks due to their fast and flexible mobility in MCS systems. However, the battery capacity of mobile vehicles imposes a significant limitation on their performance, and so energy efficiency is an important metric especially when a large number of mobile vehicles collect sensing data. In this paper, we consider a mobile-vehicle-assisted MCS system where vehicles are owned by different operators or individuals who compete against others for limited sensing resources. We investigate the joint task selection and route planning problem for such an MCS system from an energy-efficiency perspective. However, since the computational complexity of the original problem is very high due to the large number of vehicles, we propose a multi-population Mean-Field Game (MPMFG) problem by simplifying the interaction between vehicles as a distribution over their strategy space, known as the mean-field term. To solve the MPMFG problem efficiently, we propose a G-prox primal-dual hybrid gradient method (PDHG) algorithm whose computational complexity is independent of the number of vehicles. Numerical results verify the effectiveness and efficiency of the proposed MPMFG scheme and G-prox PDHG algorithm.
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