Cooperative UAV Trajectory Design for Disaster Area Emergency Communications: A Multiagent PPO Method

计算机科学 弹道 多智能体系统 应急管理 计算机网络 算法设计 分布式计算 人工智能 算法 法学 政治学 物理 天文
作者
Yue Guan,Sai Zou,Haixia Peng,Wei Ni,Yanglong Sun,Hongfeng Gao
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:11 (5): 8848-8859 被引量:66
标识
DOI:10.1109/jiot.2023.3320796
摘要

This article investigates the issue of cooperative real-time trajectory design for multiple unmanned aerial vehicles (UAVs) to support emergency communication in disaster areas. To restore communication links rapidly between mobile users (MUs) and the ground base stations, UAVs equipped with both radio frequency (RF) modules and free space optics (FSO) modules are utilized as relay nodes. Given the challenges of setting up a central controller for the UAVs and the urgency of emergency communication, the trajectory design problem for these UAVs is formulated as a distributed cooperative optimization problem. Based on the enhanced ${K}$ -mean algorithm and multiagent PPO (MAPPO) algorithm, a cooperative trajectory design method, abbreviated as KMAPPO, is proposed for the UAVs to minimize interaction overhead and optimize deployment efficiency. Compared to the state-of-the-art deep reinforcement learning (DRL) methods, simulations reveal KMAPPO’s superior performance. It converges 32% faster, boosts RF allocation efficiency, and augments FSO communication backhaul capacity.
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