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講演抄録/キーワード
講演名 2024-11-11 13:20
[ポスター講演]分散型モデル予測制御に基づく複数UAV空中基地局の経路制御法
田中はるか木村達明同志社大
抄録 (和) UAV (Unmanned Aerial Vehicle) にセルラ基地局を搭載したUAV空中基地局は,Beyond 5G などの将来の無線ネットワークにおけるカバレッジや通信容量の拡大に向けて近年注目される技術である.UAV空中基地局はその高い機動性を活かして,急激なトラヒックの増加に対しても適応的に対応でき,地上ユーザを巡回することで,広範囲に分布したユーザに対しても効率的に通信環境の提供が可能である.しかし,複数のUAV空中基地局に対し,ユーザの通信品質を最大化する経路を設計する最適経路制御問題は,3次元空間という問題の自由度の高さや,基地局間干渉のなどの様々な要因により,一般に容易ではない.これに対し,様々な経路制御法が提案されてきたが,その多くが将来のチャネルの状態および空間内の全ユーザおよびUAVの位置を既知とする,オフラインかつ集中制御型のアプローチである.このため,チャネルのランダム性に対応できず,空間の広さやユーザ数の増加により,計算コストや情報収集コストが膨大となる課題がある.本研究では,複数のUAVからなる空中基地局ネットワークに対し,分散型モデル予測制御に基づくオンラインかつ自律分散型の経路制御法を提案する.複数のUAV空中基地局が,それぞれ地上ユーザへ下り通信を行いつつ目的地まで移動する状況を仮定し,各ユーザの通信品質に関する制約を満たしつつ,UAVの飛行時間および消費電力を最小化する,UAV経路およびユーザ割り当ての同時最適化問題を最適経路制御問題として定式化する.提案手法では,各UAVは局所的な情報のみを用いて,自律分散的にモデル予測制御に基づき逐次的に経路を構築する.さらに,提案手法をシミュレーションにより評価し,その有用性を示す. 
(英) Aerial base stations (ABSs), which are cellular base stations mounted on unmanned aerial vehicles (UAVs), have gained attention for expanding coverage and capacity in future wireless networks. Owing to their flexible mobility, ABSs can adaptively respond to a sudden traffic increase, and by visiting ground users, they can efficiently provide communication environments to widely distributed users. However, designing the optimal trajectory that maximizes the communication quality of users for multiple ABSs is challenging due to various factors, such as the high degree of freedom of the problem and inter-cell interference. For this problem, various trajectory optimization methods have been proposed; however, most of them are offline and centralized approaches in which the future channel status and the positions of all users and UAVs are assumed to be known. Thus, they are not robust to the randomness of channels, and the computational costs become large as the area and number of users increase. In this study, we propose an online and distributed trajectory control method based on distributed model predictive control for multiple ABSs. We consider a scenario in which multiple ABSs provide downlink communication to ground users while moving towards their destinations. We formulate a joint optimization problem of ABS trajectory and user association that minimizes the flight time and power consumption of UAVs while satisfying the communication quality of users. In the proposed method, each ABS constructs its trajectory sequentially based on model predictive control in a distributed manner using only local information. Furthermore, we evaluate the proposed method by simulation and demonstrate its effectiveness.
キーワード (和) Unmanned aerial vehicle / 空中基地局 / 最適経路制御 / 自律分散制御 / 分散型モデル予測制御 / / /  
(英) Unmanned aerial vehicle / aerial base station / trajectory optimization / distributed control / distributed model predictive control / / /  
文献情報 信学技報
資料番号  
発行日  
ISSN  
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研究会情報
研究会 RISING  
開催期間 2024-11-11 - 2024-11-12 
開催地(和) 北海道立道民活動センター かでる2・7 
開催地(英) Kaderu 2・7 (Sapporo) 
テーマ(和) 超知性通信ネットワークに関する研究,一般 
テーマ(英) Cross-Field Research Association of Super-Intelligent Networking 
講演論文情報の詳細
申込み研究会 RISING 
会議コード 2024-11-RISING 
本文の言語 日本語 
タイトル(和) 分散型モデル予測制御に基づく複数UAV空中基地局の経路制御法 
サブタイトル(和)  
タイトル(英) Distributed Model Predictive Control-Based Trajectory Control for Multiple Aerial Base Stations 
サブタイトル(英)  
キーワード(1)(和/英) Unmanned aerial vehicle / Unmanned aerial vehicle  
キーワード(2)(和/英) 空中基地局 / aerial base station  
キーワード(3)(和/英) 最適経路制御 / trajectory optimization  
キーワード(4)(和/英) 自律分散制御 / distributed control  
キーワード(5)(和/英) 分散型モデル予測制御 / distributed model predictive control  
キーワード(6)(和/英) /  
キーワード(7)(和/英) /  
キーワード(8)(和/英) /  
第1著者 氏名(和/英/ヨミ) 田中 はるか / Haruka Tanaka / タナカ ハルカ
第1著者 所属(和/英) 同志社大学 (略称: 同志社大)
Doshisha University (略称: Doshisha Univ.)
第2著者 氏名(和/英/ヨミ) 木村 達明 / Tatsuaki Kimura / キムラ タツアキ
第2著者 所属(和/英) 同志社大学 (略称: 同志社大)
Doshisha University (略称: Doshisha Univ.)
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講演者 第1著者 
発表日時 2024-11-11 13:20:00 
発表時間 50分 
申込先研究会 RISING 
資料番号  
巻番号(vol) vol. 
号番号(no)  
ページ範囲  
ページ数  
発行日  


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