一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法技术

本发明专利技术公开一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法，包括步骤：获取网络覆盖区域内的基站

【技术实现步骤摘要】
一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法


[0001]本专利技术属于无人机充电
，特别是涉及一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法
。

技术介绍

[0002]无线传感器网络是由一定数量的传感器节点构成的分布式传感网络，在监测覆盖区域内感知环境和采集数据
。
传感器节点由电池供电，电池的容量较小，限制了其技术的应用
。
无线可充电传感器网络通过引入额外的电源为传感器节点的电池进行能量补充，能够有效解决网络中的能量问题
。
[0003]关于无线可充电传感器网络，一些相关研究利用地面移动设备作为外部电源访问传感器节点进行充电
。
但这些地面充电设备行驶速度慢
、
无法跨越地形阻碍，在部署环境复杂的网络环境中无法适用
。
轻量式承载的无人机与地面设备相比，具有速度快
、
移动距离长
、
覆盖范围广的优点，尤其适用于多数节点部署于复杂地形的网络环境
。
但无人机移动过程中需要消耗能量，这使得无人机的充电覆盖范围仍然受到限制，无法适用于大规模的网络
。
[0004]研究人员面向磁共振耦合的无线电能传输技术设计开发了
PAD(
全自动无线充电站
)
，对小型无人机进行能量补充
。
但是如何对
PAD
的合理部署来使无人机高效充电，扩大充电覆盖范围，为具有超大规模
、<br/>地形复杂特点的无线可充电传感器网络中的传感器节点提供充电服务，都是现有技术中无法解决的技术问题
。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法，能够解决无线可充电传感器网络中
PAD
部署的问题，在此基础上提高整体网络运行效率
。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法，包括步骤：
[0007]S10
，获取网络覆盖区域内的基站
、
无人机以及各传感器节点的数据文件，根据所述数据文件构建网络模型；
[0008]S20
，根据基站的位置以及基站未覆盖的传感器节点情况，对所述网络模型中第一个
PAD
的部署方向进行计算；确定部署方向后，在距离基站固定距离部署第一个
PAD
；
[0009]S30
，构建
PAD
部署集合，将基站和第一个
PAD
加入此
PAD
部署集合；
[0010]S40
，从
PAD
部署集合中依次取出目标
PAD
及与其相邻
PAD
，在固定距离处确定一个新
PAD
，对新
PAD
进行覆盖性判断后加入
PAD
部署集合；
[0011]S50,
重复执行步骤
S40
，直到所有节点均被目前所获得的
PAD
部署集合覆盖，得到初始解；
[0012]S60
，针对初始解进行删除冗余
PAD
操作，得到最终的
PAD
部署集合
。
[0013]进一步的是，在所述步骤
S20
中
,
根据基站的位置以及基站未覆盖的传感器节点情况，对所述网络模型中第一个
PAD
的部署方向进行计算；确定部署方向后，在距离基站固定距离部署第一个
PAD
，包括步骤：
[0014]判断网络中所部署的传感器节点是否被基站全部覆盖；
[0015]若全部覆盖，则无需部署
PAD
；
[0016]否则，计算出所有未被覆盖的节点，分别以基站位置为起点，各未被覆盖节点位置为终点计算矢量，并以这些矢量的矢量和的方向作为第一个
PAD
的最终部署方向，且与基站相距倍的无人机充电覆盖半径
。
[0017]进一步的是，所述无人机充电覆盖半径为在无人机从基站或
PAD
出发到达节点充电完成后，再返回基站或
PAD
的航程中，最远可到达的可充电节点与基站或
PAD
之间的距离
。
[0018]所述无人机充电覆盖半径计算公式为：
[0019][0020]其中，
d
cover
为无人机充电覆盖半径，
E
max
为无人机的最大携带能量，
P
hov
,P
mov
分别为无人机的悬停功率与推进功率，
e
为传感器节点所携带电池的容量，由于
e
＜＜
E
max
，无人机在一个传感器节点上方充电的时间被视为一个常量
Δ
，
V
U
为无人机飞行速度
。
[0021]进一步的是，将新
PAD
加入
PAD
部署集时，需要更新当前节点的覆盖状态，将新
PAD
所覆盖而当前部署集尚未覆盖的节点设置为被覆盖状态
。
[0022]进一步的是，对于一个部署好的目标
PAD
，称为
P1
；与
P1
相距倍的无人机充电覆盖半径的
PAD
，称为
P2
；则称
P1
与
P2
互为相邻
PAD。
[0023]进一步的是，在所述步骤
S40
中
,
从集合中依次取出目标
PAD
及与其相邻
PAD
，在固定距离处确定一个新
PAD
，对其进行覆盖性判断后加入集合时，由于确定新
PAD
的方向是顺时针旋转的，且距两个取出
PAD
的距离均为倍的无人机充电覆盖半径，故此时确定的新
PAD
是唯一的
。
[0024]进一步的是，在所述步骤
S60
中，删除冗余
PAD
操作，包括步骤：
[0025]输入初始解；
[0026]针对初始解中的每个
PAD
，分别计算出各
PAD
单独覆盖的节点数；
[0027]每次循环找出单独覆盖节点数为
O
的
PAD
，对是否可以删除该
PAD
进行判断；若删除该
PAD
不满足
PAD
部署的连通性约束，则可以删除，否则不能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法，其特征在于，包括步骤：
S10
，获取网络覆盖区域内的基站
、
无人机以及各传感器节点的数据文件，根据所述数据文件构建网络模型；
S20
，根据基站的位置以及基站未覆盖的传感器节点情况，对所述网络模型中第一个
PAD
的部署方向进行计算；确定部署方向后，在距离基站固定距离部署第一个
PAD
；
S30
，构建
PAD
部署集合，将基站和第一个
PAD
加入此
PAD
部署集合；
S40
，从
PAD
部署集合中依次取出目标
PAD
及与其相邻
PAD
，在固定距离处确定一个新
PAD
，对新
PAD
进行覆盖性判断后加入
PAD
部署集合；
S50,
重复执行步骤
S40
，直到所有节点均被目前所获得的
PAD
部署集合覆盖，得到初始解；
S60
，针对初始解进行删除冗余
PAD
操作，得到最终的
PAD
部署集合
。2.
根据权利要求1所述的一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法，其特征在于，在所述步骤
S20
中
,
根据基站的位置以及基站未覆盖的传感器节点情况，对所述网络模型中第一个
PAD
的部署方向进行计算；确定部署方向后，在距离基站固定距离部署第一个
PAD
，包括步骤：判断网络中所部署的传感器节点是否被基站全部覆盖；若全部覆盖，则无需部署
PAD
；否则，计算出所有未被覆盖的节点，分别以基站位置为起点，各未被覆盖节点位置为终点计算矢量，并以这些矢量的矢量和的方向作为第一个
PAD
的最终部署方向，且与基站相距倍的无人机充电覆盖半径
。3.
根据权利要求2所述的一种无人机无线可充电传感器网络中自动充电站部署方法，其特征在于，所述无人机充电覆盖半径为在无人机从基站或
PAD
出发到达节点充电完成后，再返回基站或
PAD
的航程中，最远可到达的可充电节点与基站或
PAD
之间的距离；所述无人机充电覆盖半径计算公式为：其中，
d
cover
为无人机充电覆盖半径，
E
max
为无人机的最大携带能量，
P
hov
,P
mov
分别为无人机的悬停功率与推进功率，
e
为传感器节点所携带电池的容量，由于
e
＜＜
E
max
，无人机在一个传感器节点上方充电的...

【专利技术属性】
技术研发人员：林锋，张笑天，邵天熠，赵子睿，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：