[发明专利]一种基于无人机辅助的无线传感网络能量效率优化方法

说明书

本发明公开了一种基于无人机辅助的无线传感网络能量效率优化方法，通过旧路由方案对网络状态进行收集，再将状态输入到智能体的决策网络中，对悬停节点进行决策；基于悬停节点的位置，决策出网络新的多跳路由方案，并通过旧路由方案进行新路由方案的分发；在所有传感器节点都收到新路由方案之后，所有传感器再按照新路由方案传输收集的数据到悬停节点，无人机飞向悬停节点接收数据，进而完成对整个无线传感器网络的数据收集。本发明考虑到由于转发的数据量不同，节点能量消耗也就速率不同，所以数据收集方案的决策采用在线的方式，在节点能量相对变化达到一定程度后，无人机需要根据当前网络状态进行再次决策下一个悬停节点和新的多跳路由方案，这样通过无人机和传感器节点的相互配合，实现了最大化网络存活时间的目的。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于无人机辅助的无线传感网络能量效率优化方法。

背景技术

随着物联网(Internet of Things，IoT)技术的不断发展，无线传感网络(Wireless Sensor Network，WSN)作为IoT的关键技术之一，被广泛部署在不同的场景，如环境监测，工业控制和智能城市等。在大部分的场景当中，WSN的传感器节点都是临时部署的，且由能量有限的电池进行供电，往往难以再次进行充电或替换。因此，在无线传感网络的传感器节点能量有限的条件下，如何最大化无线传感器网络的存活时间尤为重要。

WSN通常是由一个连接电源的汇聚节点和多个由电池供电的传感器节点组成。传感器节点采集得到的数据将通过无线传输，经过单跳或者多跳传输到汇聚节点，再由汇聚节点转发到核心网服务端，核心网服务端再进一步地进行处理。传感器节点数据转发的消耗能量占总能量消耗的大部分，因此，数据转发阶段的能量消耗受到关注。由于WSN中大都使用多跳路由方案进行数据收集，且靠近汇聚节点的传感器节点转发的数据往往多于远离汇聚节点的传感器节点，靠近汇聚节点的传感器节点能量消耗得快，造成WSN的能量分布不均匀导致其过早的瘫痪。

无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)则为WSN的能量分布不均匀导致其过早瘫痪的问题提供了新的解决方案。无人机作为飞行数据收集器，具有高度的灵活性，能够快速和无障碍地移动。在上述问题当中，在WSN的能量分布不均匀时，无人机能够飞到传感器节点能量高的区域进行整个网络的数据收集，以平衡各个传感器节点的能量消耗速率。无人机辅助WSN进行传感器数据收集是延长网络存活时间的典型应用之一。

无人机辅助WSN数据收集问题的算法设计需要考虑两个关键问题，即无人机的路径规划问题和传感器节点的多跳路由问题。无人机的路径规划问题是指随着网络数据的不断收集，网络的状态也在不断的发生改变，无人机需要在合适的时刻前往下一个位置进行网络数据的收集，如何决策得到下一个位置是一个关键问题。传感器节点的多跳路由问题是指在已知无人机数据收集位置时，如果设计多跳路由方案，使得所有传感器节点能够在消耗较少能量的情况下将数据快速地传输到无人机。如何决策下一个无人机位置以及如何设计多跳路由方案，随着网络状态的改变而不断的调整，以达到最大化网络存活时间的目的是一个需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于无人机辅助的无线传感网络能量效率优化方法，在WSN中传感器节点能源有限的场景下，通过无人机和传感器节点的相互配合，以实现最大化网络存活时间。

为了实现上述发明目的，本发明基于无人机辅助的无线传感网络能量效率优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、在仿真环境中，对用于无人机悬停节点决策的智能体进行训练

根据实际部署，在仿真环境中建立一个A个电池供电的传感器节点n₁,…,n_A以及1个无人机作为汇聚节点的无线传感网络；