[發明專利]一種基于無線能量傳輸的無人機能耗優化方法與系統

有效

• 申請號: 202211555066.8
• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN116080407B
• 公開（公告）日: 2023-07-28
• 發明（設計）人: 莊偉;邢發男;申義賢;紀兆輝;李之恒;樊繼利;江文;邵煜文
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: B60L3/12
• 分類號: B60L3/12;B60L53/12;B64U50/30;B64U50/38
• 代理公司: 北京同輝知識產權代理事務所(普通合伙) 11357
• 代理人: 張恩慧

本發明提供一種基于無線能量傳輸的無人機能耗優化方法與系統，涉及移動邊緣計算領域。該基于無線能量傳輸的無人機能耗優化方法，基于WPT能量發射器與無人機之間的通信方式構建應急救援系統模型；基于應急救援系統模型，計算無人機收集到的無線能量以及無人機飛行的能量消耗；計算無人機在本地計算模式下的能量消耗以及無人機剩余能量，無人機在本地計算模式下的能量消耗包括飛行能耗和計算能耗；計算無人機在卸載計算模式下的能量消耗以及無人機剩余能量，無人機在卸載計算模式下的能量消耗包括飛行能耗和通信能耗。本發明在確保完成應急救援任務的同時，使無人機能夠充分利用收集到的無線能量，提高無人機剩余能量，延長無人機工作時間。

技術領域

本發明涉及移動邊緣計算技術領域，具體為一種基于無線能量傳輸的無人機能耗優化方法與系統。

背景技術

隨著無人機技術的快速發展，其憑借著便攜、安全、適應性強等特點已經在全球得到了廣泛的應用，包括游戲、地圖繪制、礦產勘探、沿海監測、邊境巡邏、火災探測、農業成像、交通監測和應急救援等。例如，地質災害往往具有突發性且影響范圍廣泛，一旦發生很難確保應急救援的效率。無人機在白天采用視頻圖像技術，夜間使用紅外探測技術，可為救援工作提供24小時不間斷的人員搜救、災害監測等服務。與此同時借助于無人機航拍能力可以消除地形障礙，依靠遙感成像技術可以獲取災害地質信息，救援人員能夠高效地開展救援行動。

考慮到無人機的電池容量、計算能力和存儲資源往往是有限的，雖然WPT為無人機提供了一種有效方法，但無人機往往不能充分利用收集到無線能量，因此在借助無人機完成應急救援任務時，要合理選擇任務卸載策略，盡可能減少無人機能耗，獲得最大限度的剩余能量，從而延長無人機的工作時間。

發明內容

(一)解決的技術問題

針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于無線能量傳輸的無人機能耗優化方法與系統，為無人機設計一種全新的計算卸載策略，在確保完成應急救援任務的同時，通過聯合優化無人機的通信時間分配和計算模式選擇，使無人機能夠充分利用收集到的無線能量，最大限度地提高無人機剩余能量，延長無人機的工作時間。

(二)技術方案

為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：

第一方面，提供了一種基于無線能量傳輸的無人機能耗優化方法，所述方法包括：

基于WPT能量發射器與無人機之間的通信方式構建應急救援系統模型；

基于應急救援系統模型，計算無人機收集到的無線能量以及無人機飛行的能量消耗；

計算無人機在本地計算模式下的能量消耗以及無人機剩余能量，無人機在本地計算模式下的能量消耗包括飛行能耗和計算能耗；

計算無人機在卸載計算模式下的能量消耗以及無人機剩余能量，無人機在卸載計算模式下的能量消耗包括飛行能耗和通信能耗；

根據所求得的無人機在本地計算模式下的能量消耗和無人機在卸載計算模式下的能量消耗，以無人機在本地計算模式下的無人機剩余能量和無人機在卸載計算模式下的無人機剩余能量最大化為目標函數，構建應急救援系統中的無人機能耗模型；

求解滿足目標函數的最優的無人機計算任務卸載策略、系統通信時間分配，用于使無人機在本地計算模式下的無人機剩余能量和無人機在卸載計算模式下的無人機剩余能量最大。

所述基于應急救援系統模型，計算無人機收集到的無線能量以及無人機飛行的能量消耗，具體包括：

基于同一時隙內無線信道增益不變，則第k個無人機對應第t時隙收集到的無線能量為：

E_tk＝ηPh_tkωT