利索能及
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专利号: 2023105153394
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-04-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多无人机辅助的物联网数据采集方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:确定多无人机的起始位置和目标区域的范围,确定传感器节点所含数据量的大小,并确定无人机的飞行模式;

S2:多无人机位置更新:每个无人机都会在每个时隙内做出相应的飞行移动,从而改变其位置;

S3:传感器节点调度:根据无人机悬浮的位置以及其感知能力,分析在其覆盖范围内的传感器节点,并由每个无人机相应的悬停时间进行数据采集任务;

S4:数据采集任务时间检测:检测数据采集任务时间是否到达指定时间判断服务是否结束,若没有,则返回步骤S2,否则进入步骤S5;

S5:输出结果:根据多个无人机实际的飞行轨迹,输出在单次数据采集任务中数据采集率、地理公平性以及所有无人机的能量消耗;

所述步骤S3具体包括以下步骤:

S31:根据步骤S21得到每个无人机新的悬浮位置,初步判断其感知范围内是否覆盖传感器节点,若没有,则跳过余下步骤继续重复该步骤,若有,则进行下一步;

S32:根据无人机与传感器节点的相对位置计算它们之间信道增益,并与步骤S22得到的数据采集时间相结合,对覆盖范围内的传感器节点进行数据采集;

S33:根据步骤S32的数据采集的结果,继而更新传感器节点剩余数据量的大小;

S34:无人机当前悬浮时间结束时,根据无人机移动的距离计算出其移动的平均速度,继而计算每个无人机在飞行过程中的能量消耗,再根据每个无人机数据采集的时间计算其在悬停阶段的能量消耗;

所述步骤S32中,设每个传感器节点仅在被无人机唤醒时才以恒定的传输功率Pm传输数据,否则将保持静默模式以节省能量;将无人机的感知能力定义为其感知范围Ω,覆盖范围内的任何传感器节点 都被认为是被感知的,并将其数据上传到无人机;在一个时隙内,每个传感器节点只能由一个无人机进行采集;在时隙n中,如果传感器节点m被无人机u唤醒,那么两者之间能实现的最大传输速率为:2

其中,B是系统带宽;σ是接收机处的噪声功率;在时隙n内,无人机u从传感器节点m中成功上传的数据量λu,m(n)为:所述步骤S33具体包括:在时隙n结束时,通过以下的方式更新传感器节点剩余的数据量χm(n+1):所述步骤S34具体包括:无人机的能量消耗由两部分组成,即通信相关能量和推进相关能量;通信相关能量忽略不计;推进能量取决于无人机的飞行速度及其加速度;忽略无人机加速或减速带来的能耗;对于速度为V的无人机,推进功率消耗建模为:其中,P0,Pi为两个常数,分别表示悬停状态下叶片轮廓功率和感应功率;Utip表示转子叶片的尖端速度;v0表示悬停时平均旋翼的诱导速度;d0,s分别表示机身阻力比和转子坚固性;ρ,A分别表示空气密度和转子盘的面积;无人机推进功率消耗由三个部分组成:叶片轮廓功率,感应功率和寄生功率;通过将V=0带入上式,得到悬停状态下的功率消耗Ph=P0+Pi;在时隙n中,无人机u的能量消耗Eu(n)定义为:其中, 分别表示无人机在飞行阶段的能

量消耗和平均飞行速度; 表示无人机在时隙n中飞行时间;

表示无人机在数据采集阶段,即悬停阶段的能量消耗;

所述步骤S5具体包括:

S51:当任务完成时,计算所有无人机的数据收集比率:

其中, 表示所有无人机在执行任务期间从传感器节点m中采集的数据总量;χm(0)表示传感器节点m初始数据量大小,最大化D;

S52:对所有传感器节点收集数据的地理公平性F,用Jain公平指数表示为:显然,如果无人机从所有的传感器节点更均匀地采集数据,那么F的值会更接近1,最大化F;

S53:步骤S52会导致无人机四处飞行而产生能源消耗,最小化以延长网络的寿命;定义所有无人机的能量的消耗Etotal为:

2.根据权利要求1所述的一种多无人机辅助的物联网数据采集方法,其特征在于:所述步骤S2具体包括以下步骤:S21:每个无人机都会在时隙内朝着某一水平方向飞行一段距离,改变无人机当前的位置;

S22:无人机到达新位置后会悬浮一段时间,即数据采集时间。