[논문 리뷰] Integrated Sensing, Communication and Control enabled Agile UAV Swarm

Zhiqing Wei, Yucong Du외 6명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 21.

UAV Applications and Optimization인용 수 0

한 줄 요약

본 논문은 sensing, communication, and control을 심층적으로 결합한 ISCC 프레임워크를 제안하여 재난 구호, 공중 기지국, 물류 시나리오에서 기민한 UAV 군집을 가능하게 하며, 시뮬레이션 기반 검증을 제공합니다.

ABSTRACT

Uncrewed aerial vehicle (UAV) swarms are pivotal in the applications such as disaster relief, aerial base station (BS) and logistics transportation. These scenarios require the capabilities in accurate sensing, efficient communication and flexible control for real-time and reliable task execution. However, sensing, communication and control are studied independently in traditional research, which limits the overall performance of UAV swarms. To overcome this disadvantage, we propose a deeply coupled scheme of integrated sensing, communication and control (ISCC) for UAV swarms, which is a systemic paradigm that transcends traditional isolated designs of sensing, communication and control by establishing a tightly-coupled closed-loop through the co-optimization of sensing, communication and control. In this article, we firstly analyze the requirements of scenarios and key performance metrics. Subsequently, the enabling technologies are proposed, including communication-and-control-enhanced sensing, sensing-and-control-enhanced communication, and sensing-and-communication-enhanced control. Simulation results validate the performance of the proposed ISCC framework, demonstrating its application potential in the future.

연구 동기 및 목표

• 기민한 UAV 군집이 필요한 시나리오를 동기 부여하고 정의합니다(재난 구호, 공중 기지국, 물류).
• 전통적인 고립된 센싱, 통신, 제어 설계의 한계를 식별합니다.
• 제한된 자원 하에서 성능을 향상시키기 위해 깊이 결합된 통합 센싱, 통신 및 제어(ISCC) 프레임워크를 제안합니다.
• 가능 tech들을 개략적으로 제시하고 시뮬레이션을 통해 성능을 평가합니다.

제안 방법

• 센싱, 통신 및 제어를 공동 최적화하는 ISCC 프레임워크를 소개합니다.
• 세 가지 가능 기술 제안: 통신-및 제어 강화 센싱, 센싱-및 제어 강화 통신, 센싱-및 통신 강화 제어.
• AoA 센싱과 EKF 융합을 이용한 ISCC 기반 채널 추정 및 선제적 빔형성 개발.
• 오버헤드를 줄이기 위한 센싱 데이터를 이용한 이웃 발견 및 라우팅을 설명합니다.
• 다이나믹한 UAV 네트워크에서 스펙트럼 효율을 향상시키기 위한 다중 도메인 자원 할당을 제안합니다.
• 재난 구호, 공중 BS, 물류 시나리오 전반에 걸친 시뮬레이션을 통해 평가합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 How can sensing, communication, and control be tightly coupled to form an agile UAV swarm?
• RQ2 What enabling technologies best integrate ISAC with mobility, networking, and control under SWaP constraints?
• RQ3 What performance gains (in sensing accuracy, communication efficiency, and control robustness) does ISCC provide in the target scenarios?

주요 결과

• ISCC-enabled UAV swarms show improved spectrum efficiency and robust link maintenance via ISCC-based channel estimation and predictive beamforming.
• Neighbor discovery accuracy remains high with reduced beacon overhead, enabling scalable routing in large swarms.
• Collision avoidance and path planning benefit from ISCC-enhanced control, reducing replanning delays as obstacle size decreases with sensing accuracy.
• Cooperative multi-view and multi-modal sensing improve target localization in disaster relief when facing NLoS and occlusions.
• Sensing-assisted routing and dynamic resource allocation reduce communication overhead and collision risk in dynamic networks.