[发明专利]一种无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法

权利要求书

1.一种无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、根据传感器网络中各节点的耗电速率对节点进行初步分类，根据初步分类的分类数将节点划分为不同的充电周期区间，各个区间的节点为一个初始节点集合；

S2、根据聚类算法对初始节点集合进行划分，得到多个节点子集，将节点子集分配至不同的充电任务中，使每个充电任务中充电节点个数相同或相近，每个充电任务中的节点集合为充电任务节点子集；

S3、将不同周期的充电任务节点子集的充电路径问题看作独立的路径问题，求解路径问题，得到充电任务节点子集的充电路径；

S4、得到充电任务节点子集的充电路径之后，进行无人机的调度规划，得到初始解；

S5、重复步骤S3-S4，得到多个解，取充电时间最小的解为最优解s；

S6、根据步骤S5所得最优解s，采用交换集合的方式产生领域解N（s），为禁忌搜索确定搜索范围，所述交换集合的方式为：保证节点的充电频率不变，将第l天的充电任务中的子集C_ij与第k天的充电任务中的子集C_ij’交换，其中C_ij和C_ij’具有相同的充电周期；

S7、采用禁忌搜索算法优化步骤S5中的解，得到最终的多无人机任务调度方案，采用禁忌搜索算法优化步骤S5中的解的方法为：

S71、根据步骤S6得到最优解s的邻域N（s），判断邻域N（s）是否同时满足无人机的以下几个约束条件：

在一次无人机充电任务中，

a.本次任务需要充电的每个节点都至少被无人机访问一次；

b.无人机到达节点完成充电后必须离开这个节点；

c.一个节点只能由一架无人机充电；

d.无人机服务路线上的节点充电需要的电量之和不能大于无人机携带充电器的总电量；

e.单次飞行路线的总距离不能大于无人机单次飞行的最大距离；

f.无人机的最大服务时间不能超过单次充电任务的服务时间限制；

若同时满足，进入S72，若不能同时满足，重新生成邻域N（s）；

S72、初始化禁忌列表，删除禁忌列表中包含的邻域解；

S73、在邻域N（s）中找到路径总长度最小的解s’，若s’小于最优解s，则令s=s’；

S74、重复S71-S73，进行n次迭代，在n次迭代所产生解的领域中筛选更优的领域解，进而找到邻域中的最优解s，所述n为预设的允许迭代次数值；

S75、返回s，得到最优解。

2.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下步骤：

S31、以经过基站的某条水平线为极轴，逆时针方向对各节点按照极角的大小进行编号，极角越小编号越小；

S32、对节点从1号开始编号，并将编号的节点按编号顺序依次加入到已包含基站的某条路径；

S33、当节点b加入该条路径，且使该条路径超出无人机单次飞行距离时停止加入该节点，重新构造一条包含基站的路径接收该节点b；

S34、在包含基站和节点b的路径中继续加入节点，从（b+1）号节点开始，顺序加入新节点；

S35、直至所有节点都被分配到某条包含基站的路径中；

S36、对得到的所有路径分别运行贪婪算法，得到初始解路径集合。

3.如权利要求1所述的一种无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法，其特征在于，所述步骤S4中调度规划的方法包括如下步骤：

S41、对充电任务的路径按照长度由大到小进行排序，前K条路径先派遣K架无人机执行充电任务；

S42、每当有一架无人机完成充电任务返回基站时，派遣另一架更换电池后的无人机按顺序访问剩余路径；

S43、当所有路径均访问过一次后，结束本次算法执行任务。