[發明專利]多無人機輔助的無線傳感器網絡數據采集方法

在審

• 申請號: 202310443969.5
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116614771A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 朱江;牛涵琨;宋國壯;周子恒;申文巖;肖津
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W4/021
• 分類號: H04W4/021;H04W4/029;H04W52/02;H04W52/28;H04W84/18
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 方鐘苑

本發明涉及一種多無人機輔助的無線傳感器網絡數據采集方法，屬于無線傳感器網絡技術領域，包括以下步驟：S1：通過二分搜索法求解得到UAV的最大數據采集時間，并給定時間T內利用時間等間隔離散技術將無人軌跡離散為有限個點；S2：根據初始化多UAV軌跡算法求解UAV初始軌跡；S3：通過將二進制變量松弛化，將原混合整數非凸問題轉化為連續非凸問題，并基于交替優化算法將原問題分解為兩個子問題，通過交替迭代直至收斂得到結果，其中，采用連續凸逼近算法求解子問題，得到UAV軌跡、上行能量傳輸調度和下行數據傳輸調度；直至二分搜索法結果收斂，得到UAV數據采集的最大時間。

技術領域

本發明屬于無線傳感器網絡技術領域，涉及一種多無人機輔助的無線傳感器網絡數據采集方法。

背景技術

隨著第五代移動通信技術、物聯網(Internet?of?Things，IoT)和互聯網技術的融合，成千上萬的IoT設備應用于工業和社會生活中，無線傳感器網絡(Wireless?SensorNetwork，WSN)信息交換量呈指數級增長，這對無人機(Unmanned?Aerial?Vehicle，UAV)數據采集提出了巨大挑戰。此外，IoT設備的泛在特性和需求多樣性也對IoT中數據采集帶來諸多技術難題。對于IoT傳感器的低功耗和長續航能力要求是保證系統穩定性和可持續性的關鍵因素之一。IoT中傳感器通常用于檢測環境的特定變化，然后將采集到的信息傳送到數據接收器進一步處理。在WSN中，傳感器通過多跳方式上傳數據，導致信息傳輸時延和能耗增加。此外，傳感器受電池儲能約束，限制了WSN的處理能力和服務質量。雖然更換電池或者充電可延長傳感器使用壽命，但當傳感器的數量較為龐大時，為傳感器充電或者換電池難以實現。因此，提高WSN使用壽命已成為一個重要的研究問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于通過將UAV引入WSN，提供一種多無人機輔助的無線傳感器網絡數據采集方法。該方法通過為UAV配備無線電能傳輸(Wireless?PowerTransmission，WPT)模塊，UAV在采集傳感器的數據之前，將能量傳輸給傳感器，傳感器利用UAV傳輸的能量上傳數據，并用于后續感知新的數據。UAV不僅完成數據采集任務，而且為WSN中的傳感器提供能量供應，進一步延長了WSN的使用壽命。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種多無人機輔助的無線傳感器網絡數據采集方法，包括以下步驟：

S1：通過二分搜索法求解得到UAV的最大數據采集時間，并給定時間T內利用時間等間隔離散技術將無人軌跡離散為有限個點；

S2：根據初始化多UAV軌跡算法求解UAV初始軌跡；

S3：通過將二進制變量松弛化，將原混合整數非凸問題轉化為連續非凸問題，并基于交替優化算法將原問題分解為兩個子問題，通過交替迭代直至收斂得到結果，其中，采用連續凸逼近算法求解子問題，得到UAV軌跡、上行能量傳輸調度和下行數據傳輸調度；直至二分搜索法結果收斂，得到UAV數據采集的最大時間。

進一步，所述步驟S1具體包括：在整個方法最外層設置循環求解UAV的最大數據采集時間；初始化T₁＝0和T₂，其中T₂取足夠大的值，并在每次循環的開端給定UAV的最大數據采集時間T＝(T₁+T₂)/2。采用時間等間隔離散技術將連續UAV軌跡離散化。

進一步，所述步驟S2具體包括以下步驟：

S21：給定K個傳感器的位置，利用MTSP方法得到無人機訪問傳感器的順序和時間T_mTSP，并給定任意時間T；

S22：判斷T≥T_mTSP，若滿足則說明無人機可以飛到每個傳感器頭頂，通過步驟S23求解得到無人機的初始軌跡，否則進入步驟S24；