[發(fā)明專利]基于模擬退火算法的無線可充電傳感網(wǎng)中UAV能量補(bǔ)償方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910317243.0
• 申請(qǐng)日: 2019-04-19
• 公開（公告）號(hào): CN110049500B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉貴云;蔣文俊;彭百豪;唐冬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廣州大學(xué)
• 主分類號(hào): H04W16/18
• 分類號(hào): H04W16/18;G01C21/20;H04W4/38
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉;林梅繁

本發(fā)明為基于模擬退火算法的無線可充電傳感網(wǎng)中UAV能量補(bǔ)償方法，將UAV作為移動(dòng)通信中繼與無線能量傳輸方，將大規(guī)模無線傳感網(wǎng)分為多個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域進(jìn)行能量傳輸與信息收集的最優(yōu)位置點(diǎn)記為路徑中的UAV錨點(diǎn)，作為UAV在路徑中小區(qū)域的最優(yōu)駐點(diǎn)；根據(jù)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能耗和UAV能量補(bǔ)償策略，結(jié)合差分進(jìn)化優(yōu)化算法確定路徑中的UAV錨點(diǎn)。本發(fā)明根據(jù)無限傳感網(wǎng)密集程度特點(diǎn)將大規(guī)模無線傳感網(wǎng)進(jìn)行劃分，以劃分的無線傳感網(wǎng)圓形單元小區(qū)域?yàn)榫唧w研究對(duì)象，優(yōu)化設(shè)計(jì)UAV在各個(gè)劃分的無線傳感網(wǎng)小區(qū)域上運(yùn)行的最優(yōu)最短時(shí)間的能量補(bǔ)償路徑及算法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及移動(dòng)UAV對(duì)大規(guī)模可充電無線傳感網(wǎng)的無線能量傳輸技術(shù)，特別涉及基于模擬退火算法的無線可充電傳感網(wǎng)中UAV能量補(bǔ)償方法。

背景技術(shù)

微機(jī)電系統(tǒng)(Micro-Electro-Mechanism System，MEMS)、片上系統(tǒng)(SOC，Systemon Chip)、無線通信和低功耗嵌入式技術(shù)的飛速發(fā)展，孕育出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensor Networks，WSN)，并以其低功耗、低成本、分布式和自組織的特點(diǎn)帶來了信息感知的一場(chǎng)變革。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱無線傳感網(wǎng))就是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種由多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成的分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。由于其基本組成為可感知、收集外部環(huán)境數(shù)據(jù)的無線傳感器，所以被監(jiān)測(cè)與檢測(cè)對(duì)象的相關(guān)數(shù)據(jù)可以被無線傳感網(wǎng)末梢——無線傳感器收集，并通過無線通信的方式形成一個(gè)獨(dú)特的多跳自組織網(wǎng)絡(luò)。隨著嵌入式微機(jī)系統(tǒng)、無線通信技術(shù)以及傳感器技術(shù)的日益發(fā)展和逐漸成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使得人們與現(xiàn)實(shí)世界各種情況進(jìn)行非接觸式交互的能力不斷增強(qiáng)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正逐漸成為一種可與互聯(lián)網(wǎng)媲美的新興聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用模式。

自無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)誕生以來，如何延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期與保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定一直是國(guó)內(nèi)外學(xué)者亟待解決的重要問題。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般由電池供電，其攜帶的能量十分有限，那么如何才能讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在有限能量下進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、融合以及傳遞時(shí)仍能保持較長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行生命周期，以及讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)盡可能地穩(wěn)定運(yùn)行。從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及運(yùn)作方式來看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能耗分為傳感器計(jì)算能耗、傳感器通信能耗、傳感器數(shù)據(jù)采集能耗等；其中傳感器通信能耗最為重要，而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中成簇這一方式對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信能耗的影響十分大。因此，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)區(qū)域中選擇最優(yōu)的成簇原則是延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的重要策略。

隨著新興無人機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)無人機(jī)路徑規(guī)劃策略及設(shè)計(jì)引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。利用無人機(jī)路徑規(guī)劃策略與無線能量傳輸技術(shù)相結(jié)合來延長(zhǎng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生命周期也成為了當(dāng)今一研究熱點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提出基于模擬退火算法的無線可充電傳感網(wǎng)中UAV能量補(bǔ)償方法，采用無人機(jī)對(duì)大規(guī)模無線傳感網(wǎng)進(jìn)行能量補(bǔ)償，無人機(jī)在進(jìn)行能量傳輸且數(shù)據(jù)收集任務(wù)時(shí)以各區(qū)域中最優(yōu)信息收集與能量傳輸位置，作為UAV的理論最優(yōu)錨點(diǎn)，以便進(jìn)行最優(yōu)的信息收集與能量傳輸任務(wù)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：基于模擬退火算法的無線可充電傳感網(wǎng)中UAV能量補(bǔ)償方法，其特征在于，將UAV作為移動(dòng)通信中繼與無線能量傳輸方，將大規(guī)模無線傳感網(wǎng)分為多個(gè)小區(qū)域，每個(gè)小區(qū)域進(jìn)行能量傳輸與信息收集的最優(yōu)位置點(diǎn)記為路徑中的UAV錨點(diǎn)，作為UAV在路徑中小區(qū)域的最優(yōu)駐點(diǎn)；根據(jù)傳感網(wǎng)節(jié)點(diǎn)能耗和UAV能量補(bǔ)償策略，結(jié)合差分進(jìn)化優(yōu)化算法確定路徑中的UAV錨點(diǎn)。

可見，本發(fā)明根據(jù)無限傳感網(wǎng)密集程度特點(diǎn)將大規(guī)模無線傳感網(wǎng)進(jìn)行劃分，以劃分的無線傳感網(wǎng)圓形單元小區(qū)域?yàn)榫唧w研究對(duì)象，優(yōu)化設(shè)計(jì)UAV在各個(gè)劃分的無線傳感網(wǎng)小區(qū)域上運(yùn)行的最優(yōu)最短時(shí)間的能量補(bǔ)償路徑及算法。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明取得了如下技術(shù)效果：