Comparative Study of Charging Station Selection Algorithms for Multi-UAV Operations

본 논문은 다중 UAV 운용 환경에서 제한된 충전 스테이션을 공유함에 따라 발생하는 경쟁 상황을 고려하여, 충전 스테이션 선택 알고리즘의 성능을 체계적으로 비교 분석한다. 다중 UAV 환경에서는 충전 스테이션 경쟁으로 인해 대기 시간이 증가하고 운용 효율이 저하될 수 있으나, 기존 연구는 개별 알고리즘을 독립적으로 제안하는 데 그쳐 동일 조건에서의 정량적 비교가 충분히 이루어지지 않았다. 이에 본 연구에서는 휴리스틱 기반 알고리즘 4종과 전역 최적화 기반 알고리즘 2종을 동일한 시뮬레이션 환경에서 평가하였다. 30대의 UAV와 5개의 충전 스테이션으로 구성된 24시간 운용 시나리오를 설정하고, 평균 대기 시간, 최대 대기 시간, 최소 대기 시간을 주요 성능 지표로 사용하였다. 또한 UAV 수 증가에 따른 확장성 분석과 충전 임계값 변화에 따른 민감도 분석을 함께 수행하였다. 실험 결과, 운용 시나리오 주요 성능 지표 중 평균 대기 시간은 휴리스틱 기반 알고리즘 중에서 LeastQueue와 전역 최적화 기반 알고리즘 중에서 Hungarian이 우수한 성능이 보였으며, 각각 504.9초와 501.5초로 측정되었다. 이 둘의 성능 차이는 0.7%에 불과하였으며, 이러한 결과는 실시간 의사결정이 요구되거나 통신 제약이 있는 환경에서 낮은 계산 복잡도의 휴리스틱 알고리즘이 전역 최적화 대비 효과적인 대안이 될 수 있음을 시사한다.