[发明专利]一种无线传感网数据采集中基于实际模型的无人机最优速度调度方法

权利要求书

1.一种无线传感网数据采集中基于实际模型的无人机最优速度调度方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤(1)、针对传感器呈直线分布的场景，以及已知功率与飞行速度函数关系的无人机，依据环境中传感器的相关参数初始化场景信息，依据已知的能耗模型计算无人机飞行单位距离最节能速度；

步骤(2)、针对步骤(1)获取的初始化信息，获取所有传感器传输范围的左边界与右边界，计算该场景中所有“段”的有效速度V(i，j)，所述“段”S(i，j)为传感器的左传输边界与右传输边界之间的区间，其中1≤i≤n，1≤j≤n，n为传感器的个数；

步骤(3)、针对获取的有效速度V(i，j)，寻找有效速度最小的段S(i，j)，确定无人机在采集传感器信息时在该“段”上飞行的速度，更改标志位A_k、O_i状态，重复步骤(2)，直至确定无人机在所有“段”上的最优调度速度；

步骤(1)中初始化场景信息具体方法如下：

(1.1)假设n个传感器分布在一条直线上，采用数轴来表示无人机飞行轨迹，所有轨迹上的点均表示距离原点的距离，记无人机出发位置为原点P₀，终点为P_f，对于传感器k来说，传感器k最远传输范围与无人机飞行轨迹相交的两个点记为l_k，r_k，其中，称l_k为传感器k的左传输边界点，r_k为传感器k的右传输边界点，那么区间(l_k，r_k)即无人机在该区间内飞行即可采集传感器k的信息，1≤k≤n；

(1.2)由于场景中n个传感器，总共会有2n个传输边界点，但由于某个传感器的左传输边界点有可能是其他传感器的右传输边界点，因此传输边界点的数目m可能小于2n，即m≤2n；将m个传输边界点按照距离原点的距离进行排序，并依次标记为b₁，…，b_m，使用ξ(·)函数来映射传感器的左传输边界点l_k或右传输边界点r_k在b₁，…，b_m中的序号；

(1.3)将传输边界点b_k与b_k+1之间的区间定义为单位区间，1≤k＜m，使用C_k表示第k个单位区间，即C_k＝(b_k，b_k+1)，任一传感器i设置一标志位O_i，任一单位区间C_k设置一标志位A_k，标志位O_i、A_k只能为0或1，1≤i≤n；

步骤(1)中，依据已知的能耗模型计算无人机飞行单位距离最节能速度，方法如下：

步骤101.将所有单位区间C_k的标志位A_k初始化置为0，其中1≤k＜m；

步骤102.将所有传感器的标志位O_i初始化置为0，其中1≤i≤n；

步骤103.将所有传感器的左传输边界点l₁，...，l_n按照距离原点的距离排序成其中，a₁，a₂，..，a_n是对应传感器编号；

步骤104.将所有传感器的右传输边界点r₁，...，r_n按照距离原点的距离排序成其中，d₁，d₂，..，d_n是对应传感器编号；

步骤105.根据无人机功率与速度关系p＝p(v)，计算最节能速度V^*，其中，v_max表示该无人机所能行驶的最大速度，V^*计算如下：若等式(1)存在有理解，将该有理解记为v₁，则V^*＝min(v₁，v_max)，否则V^*＝v_max；

步骤(2)的具体方法如下：

(2.1)定义“段”S(i，j)为传感器的左传输边界与右传输边界之间的区间，其中，1≤i≤n，1≤j≤n，t_k称为传感器k的传输时间，即感器k将自身数据传输给无人机所需要的最少时间，该时间仅与传输数据量及传输速率有关，其中1≤k≤n，定义“段”S(i，j)的有效距离D(i，j)为该“段”中标志位A_k为0的单位区间的长度和，定义“段”S(i，j)的有效时间T(i，j)为位于该“段”内标志位O_i为0的所有传感器的传输时间和，“段”S(i，j)的有效速度V(i，j)即为该“段”中有效距离与有效时间的比值；

(2.2)针对步骤(1)所初始化的场景信息，统计所有“段”S(i，j)的分布信息，并将所有“段”的有效距离D(i，j)、有效时间T(i，j)、有效速度V(i，j)初始化置为0，其中1≤i≤n，1≤j≤n；

(2.3)计算所有“段”S(i，j)的有效距离、有效时间；

步骤2031.根据步骤(2.2)得到的S(i，j)分布情况，计算“段”S(i，j)的有效距离D(i，j)，具体计算过程如公式2所示：

步骤2032.根据步骤(2.2)得到的S(i，j)分布情况，计算“段”S(i，j)的有效时间T(i，j)，具体计算过程如公式3所示，其中，t_k表示传感器k的传输时间：

(2.4)对于任一“段”S(i，j)，结合步骤2031得到的有效距离D(i，j)、步骤2032得到的有效时间T(i，j)，若T(i，j)≠0，则该“段”的有效速度若T(i，j)＝0，则该“段”的有效速度V(i，j)置为正无穷；

步骤(3)的具体方法如下：

步骤301.结合步骤(2.4)获取的所有“段”的有效速度V(i，j)，其中1≤i≤n，1≤j≤n，查找最小且非0的有效速度V(p，q)及对应的“段”S(p，q)，若V(p，q)＜V^*，则进入步骤302，否则进入步骤306；

步骤302.对于步骤301获取的“段”S(p，q)，将无人机在“段”S(p，q)里所有标志位Ak＝0的单位区间上的飞行速度设定为V(p，q)；

步骤303.将步骤301“段”S(p，q)中所有的单位区间的标志位A_k置为1；

步骤304.将步骤301“段”S(p，q)中所包含的传感器的标志位O_i置为1；

步骤305.检查场景中是否存在标志位O_i＝0的传感器，若存在，则进入步骤(2.1)，否则进入步骤306；

步骤306.若场景中仍存在标志位A_k＝0的单位区间，则将无人机在所有标志位A_k＝0的单位区间上的飞行速度定为V^*，则本方法流程结束；若不存，在则本方法流程结束，至此无人机在每一个单位区间上的飞行速度均已确定，无人机速度规划完成。