[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

说明书

本发明提出了一种无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法，该方法根据传感器节点的耗电速率进行分类，依据聚类算法将节点划分至不同的充电任务中，通过解路径问题得到集合的充电路径，再进行无人机的调度规划，最后通过紧急算法优化得到最终的调度方案；本发明的适用范围广、充电效率高、成本低，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，尤其涉及一种无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法。

背景技术

无线传感器网是一种以多跳方式连接，分布式部署的传感器组成的通信网络。网络中的每个传感器节点都可以独立地感知、收集和处理一定范围内被监测的信息，被广泛应用于环境监测、医疗护理、目标追踪以及军事等领域。虽然无线传感器网络应用前景广阔，但传感器耗能较高，电池容量却一直没有大的提升。同时由于传感器节点往往部署在复杂环境且涉及范围较大，若采用人力进行能量补给，成本高昂。导致目前无线传感器网络应用局限于在短期的科学研究和工业监测。

传统的能量补给方案如降低能耗和能量采集技术因为无法从根本上解决电池容量问题和易受环境、气候因素影响等缺陷无法有效解决这一问题。采用磁共振等无线充电技术，利用移动充电设备完成传感器网络充电的技术方案，由于其适用范围广，成本低，可靠性高等优势逐渐成为热门的研究方向。

通过将无线充电车辆或者其他移动充电设备引入无线传感器网络的充电问题中，可以将充电问题转换成路径规划和任务调度问题。本专利将无人机引入无线传感器网络的充电问题中，进一步扩大了此类方案的适用范围，降低充电成本。并依据无人机飞行距离有限的特点，将每次充电任务的路径规划问题转化为路径受限的车辆路径问题，提出多种算法对多架无人机进行路径规划，合理地进行无人机的调度规划，减少无人机的飞行时间，提高了充电效率。

综上所述，利用无人机搭载无线充电器的方式，按照事先设定的路线对传感器节点充电，能解决之前能量采集技术和充电方案都无法攻克的传感器网络的能量补给问题，大幅降低其原本高昂的能量成本，扩大其适用范围，从而消除其大规模商用的最后障碍。因此，本专利结合无人机，实现的一种传感器网络中的多无人机充电任务调度方案具有广阔的前景和重要的价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种高效率的无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法。该方法根据传感器节点的耗电速率进行分类，依据聚类算法将节点划分至不同的充电任务中，通过解车辆路径问题得到集合的充电路径，再进行无人机的调度规划，最后通过禁忌算法优化得到最终的调度方案。

本发明的技术方案是这样实现的：本发明提供了一种无线传感器网络中的无人机充电任务调度方法，其包括如下步骤：

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、得到无人机的充电路径之后，进行无人机的调度规划，得到初始解。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括如下步骤：

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。

在以上技术方案的基础上，优选的，还包括如下步骤：

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，为禁忌搜索确定搜索范围；

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。