[發明專利]基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法

在審

• 申請號: 202210077304.2
• 申請日: 2022-01-24
• 公開（公告）號: CN114690799A
• 公開（公告）日: 2022-07-01
• 發明（設計）人: 張國斌;韋鑫;趙鐵柱
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;G06N3/04;H04B7/185;H04L67/12;H04L67/562
• 代理公司: 北京匯彩知識產權代理有限公司 11563
• 代理人: 李艷杰

本發明公開了一種基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，構建無人機輔助的空天地一體化物聯網系統,構建無人機信道模型、信息年齡模型，建立基于信息年齡的無人機輔助空天地一體化物聯網數據采集模型，將問題轉換為馬爾可夫問題，引入神經網絡解決狀態高維問題，引入深度強化學習算法訓練無人機尋找最優采集點，引入匹配理論將無人機與物聯網設備進行配對。本發明針對信息采集實時性需求，尋求無人機飛行參數的優化配置，推演信息年齡、系統容量、能量利用率等性能指標之間的制約關系，有效提高信息采集實時性，降低系統管控復雜度，提升人工智能技術在物聯網領域的應用水平。

技術領域

本發明涉及一種數據采集方法，特別是一種基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

在第五代和即將到來的第六代(6G)無線通信中，廣域物聯網(IoT)的普及不斷增加。物聯網作為繼計算機和互聯網技術之后重要的第三信息技術，近年來得到高速發展。物聯網技術的最大特征是通過傳感技術將物與物之間有效連接，實現事物的監控和信息的收集及傳輸，從而促進社會經濟發展和人們的交流溝通。隨著無線技術的飛速發展，無線傳感器在工業、農業、交通、物流等領域的應用前景日益廣泛。為了同時實現廣泛的覆蓋和靈活的數據采集，將衛星和無人機與物聯網設備相結合，如圖1所示，形成天-空-地一體化網絡(SAGIN)，這被認為是6G無線通信的一個重要趨勢。在該框架中，無人機作為中繼將物聯網設備的數據傳輸到衛星，這大大提高了數據傳輸速率。

空天地一體化被認為是6G系統的潛在關鍵技術和重要特征。現有技術中UAV已被用于無線通信的空中基站、移動中繼、回程等。為了測量物聯網信息的新鮮度，Kaul首先引入了信息年齡，現有研究中信息年齡已被用來定義UAV輔助空天地一體化網絡收集的數據包新鮮度，并進一步提出了基于UAV蜂窩互聯網的聯合優化問題，以最小化信息年齡。

近年來針對空天地一體化網絡已有多種規劃組網技術提出，但是現有解決規劃無人機軌跡問題的方案仍存在計算復雜度高、局限性大等問題。隨著人工智能技術的發展，深度強化學習開始廣泛應用于無線通信的性能優化中，采用深度Q網絡、深度確定性策略梯度等多種訓練方法來提高優化性能，但利用深度強化學習規劃無人機軌跡的研究還存在很多限制，主要包括：

1.在空天地一體化的系統下，使用無人機作為中繼傳輸數據，無人機數據收集時的飛行軌跡對數據新鮮度有著重要影響，然而目前對無人機軌跡規劃的解決方法計算復雜度過高，且有可能導致求解過程過早陷入局部最優點。

2.現有系統模型中，多個無人機和物聯網設備之間的數據傳輸涉及匹配問題。目前大部分研究都僅針對無人機軌跡優化或者匹配問題，未做出聯合考慮和設計，且將深度強化學習和匹配理論結合的技術較少。

3.隨著地面物聯網設備分布范圍的擴大，多個無人機之間的協作性加強，無人機之間的協作也會直接影響系統全局信息年齡。現有技術都是針對一個固定范圍討論系統的優化問題，建立信息點數據動態分布、將UAV作為智能體進行分布式學習的技術較少。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，提高信息采集實時性，降低系統管控復雜度，提升人工智能技術在物聯網領域的應用水平。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：

一種基于信息年齡的空天地一體化無人機物聯網數據采集方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一：構建無人機輔助的空天地一體化物聯網系統；

步驟二：構建無人機信道模型、信息年齡模型；

步驟三：建立基于信息年齡的無人機輔助空天地一體化物聯網數據采集模型；

步驟四：將問題轉換為馬爾可夫問題；

步驟五：引入神經網絡解決狀態高維問題；