3D UAV Placement Optimization Reflecting User Association and Return Constraints

최근 무선 통신 환경에서는 예기치 않은 사용자 밀집, 지형적 제약, 인프라 손상 등으로 인해 지상 기지국만으로 안정적인 서비스 품질을 보장하기 어려운 상황이 증가하고 있다. 이를 보완하기 위한 방안으로 무인비행체(UAV)를 활용하는 기술이 주목받고 있으며, UAV의 효율적인 3차원 위치 배치는 전체 네트워크 성능을 결정하는 핵심 요소로 자리 잡고 있다. 본 연구에서는 실제 UAV 운용에서 반드시 고려해야 하는 (i) UAV 간 최소 안전거리, (ii) 제한 시간 내 충전소 복귀 가능 범위, (iii) 비행 가능 영역과 같은 현실적 제약들을 포함한 3차원 UAV 배치 문제를 다룬다. 특히 사용자–UAV 연동과 UAV 위치가 서로 영향을 주는 구조적 특성을 분석하고 이를 최적화 문제에 반영한다. 이러한 문제는 이산 변수와 연속 변수가 결합된 비선형·비볼록 구조를 가져 기존 방식으로 해결하기 어렵다. 이에 본 연구는 교대 최적화(alternating optimization)와 입자 군집 최적화(PSO)를 결합한 효율적인 해법을 제안한다. 마지막으로 시뮬레이션을 통해 제안 알고리즘이 제약을 만족하면서도 높은 성능을 제공함을 확인한다.