【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无人机时空查询处理，具体涉及一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法。
技术介绍
1、无人机是一种能够获取信息的重要的智能化工具，被广泛应用于搜救、边境监测、灾害探测、遥感等领域。随着电子技术、传感器技术和通信技术的发展，无人机系统的性能也取得了很大的进步。为了提高无人机完成任务的效率，每架无人机都配备有无线传感器，能够通过多架无人机的协同操作进行数据交换、融合和处理，并建立多跳无线自组织网络上传感知数据。
2、无人机的一个重要功能是用于收集和存储感知数据，因此无人机网络可以被视为一个分布式数据库。每个无人机作为一个分布式节点，负责收集和存储时空感知数据。当用户对无人机网络所覆盖的区域中的某一子区域的历史感知数据感兴趣时，便可以通过地面站向网络中发送带有时空约束的查询请求。持有查询结果的无人机在收到该查询请求后，便通过多跳路由将满足时空约束的感知数据返回地面站。例如使用无人机网络对某一森林的环境进行监测，在该森林发生火灾后，用户可以通过时空范围查询获得火灾发生前着火点的影像数据，以判断此次火灾发生的原因。然而，现在还没有一个专门应用于无人机网络的时空范围查询方法，因此这是一个开放性的问题。
3、目前，在无线传感器网络中存在许多时空查询方法。他们通常是通过寻找一条最优的路径将查询请求路由到目标查询区域内的某个传感器节点，然后再在查询区域通过泛洪建立起路由树。然而，这些方法只适用于静态的传感器网络。由于无人机的快速移动，当用户发起时空查询时，持有查询结果的无人机并不一定位于相应的目标区域中；此
4、因此，针对上述问题，予以进一步改进。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，可以找出持有查询结果的目标无人机，并将查询请求高效地分发至每一个目标无人机，然后再建立一条可靠且高效的路由将查询结果返回地面站。
2、为达到以上目的，本专利技术提供一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，包括以下步骤：
3、步骤s1：根据无人机网络中已知的无人机的位置和飞行路径信息，计算出在查询时间区间内无人机的飞行轨迹，进而确定持有查询结果的目标无人机集合；
4、步骤s2：对无人机网络拓扑变化进行建模，根据无人机的飞行路径信息，确定无人机网络中未来任意两架无人机的相遇时间窗口，建立网络拓扑变化模型，并将该网络拓扑变化模型抽象为一张静态加权无向的拓扑变化图，从而用于反映网络中无人机之间的通信链路变化以及邻居变化；
5、步骤s3：根据拓扑变化图，获得从地面站到目标无人机的数据包最短用时传输路径；
6、步骤s4：根据建立的最短用时传输路径进行查询请求分发以及感知数据收集。
7、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s1具体实施为以下步骤：
8、步骤s1.1：(如图1所示)无人机网络包括n架执行数据收集任务的无人机{u1，u2，…，un}和一个地面站g；
9、步骤s1.2：当用户对无人机网络所覆盖区域中的某一子区域p中[tbegin，tend]内的感知数据感兴趣时，向地面站g提交带有时间和位置约束的查询请求qr，p是一个矩形，其左上角和右下角坐标分别为(xl,yl)和(xr,yr)；
10、步骤s1.3：如果无人机ui在时间段[tbegin,tend]内进入过查询区域p中，则认定为初步的目标无人机(然而，在用户发起查询时，目标无人机可能已不在区域p内，因此地面首先需要根据ui的飞行信息来确定其是否为目标查询节点)，令fpi为ui在[tbegin,tend]内的飞行轨迹，将其离散化为多个线段表示fpi的第k个位点，其坐标为(yk,yk),如果存在线段与矩形p相交，则认定无人机ui持有此次查询相应的查询结果，将其标记为最终的目标无人机。
11、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s2具体实施为以下步骤(由于无人机的移动，网络拓扑频繁变化，很难找到一条可靠、高效的路由来转发数据包。为了解决这个问题，利用已预先规划的无人机飞行路径信息对网络拓扑变化进行建模)：
12、步骤s2.1：对于每一个无人机ui，地面站g根据其飞行路径信息，计算ui与其他无人机的交互情况，即与其他无人机的相遇时间窗口；
13、步骤s2.2：建立(如图2所示)的网络拓扑变化模型，确定无人机网络中未来任意两架无人机的相遇时间窗口(例如，u1与u2之间的时间窗口表示两者能够在8s到32s之间直接通信)；将每个无人机ui视为一个节点，将两架无人机之间的相遇时间窗口视为一条边，建立(如图3所示的)拓扑变化图tcg＝(v，e)，v表示节点集合，e表示边的集合，边的权重定义为<te_begin，te_end>，te_begin和te_end分别表示边的开始时间和结束时间，tcg中两个节点之间可能存在多条边，则表示两架无人机可能相遇多次。
14、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，步骤s3中：
15、(与传统的图不同的是，tcg中的边具有生命周期。当ui有一个数据包m需要转发给uj时，ui和uj之间的边ei，j可能已经结束，或者是ei，j尚未开始。此外，由于带宽的限制，ei，j的剩余存在时间应大于m所需的传输时间tcos t)数据包m能通过ei，j传输需要满足如下约束：
16、第一约束：tarrived＜te_end；
17、第二约束：tcos t≤te_end-max{tarrived，te_end}；
18、其中，tarrived表示数据包m到达ui的时间，tcos t表示数据包m所需的传输时间，第一约束保证在数据包m到达ui的时候，ei，j还没有结束；第二约束保证ei，j的剩余存在时间足够传输数据包m；
19、tcg中源节点us到目的节点ud的最短路径计算过程如下：
20、步骤s3.1：将源节点us加入集合vfinish，vfinish表示已经确定到us最短路径的集合，此时vfinish＝{us}；
21、步骤s3.2：对于每个节点ui∈v-vfinish，如果在us和ui之间不存在边，令dis[i]＝∞；否则，
22、dis[i]＝max{t0，min(te_begin|e∈es，i∧te_end＞t0+tcos t}}+tcos t；
23、dis[i]表示us将数据包m发送到ui所需的时间，es，i表示us和ui之间边的集合，t0表示数据包m的生成时间；
24、步骤s3.3：从v-vfinish中选择dis值最小的节点ui，将其加入vfinish，同时更新ui不在vfinish中的邻居节点uj的dis值：
25、dis[j]＝min{dis′[j]，max{dis′[i]，min{te_begi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，步骤S1具体实施为以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，步骤S2具体实施为以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，步骤S3中：
5.根据权利要求4所述的一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，在步骤S4中：
6.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至5任一项所述无人机网络中进行时空范围查询处理的方法的步骤。
7.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述无人机网络中进行时空范围查询处理的方法的步骤。
【技术特征摘要】
1.一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，步骤s1具体实施为以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，步骤s2具体实施为以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种无人机网络中进行时空范围查询处理的方法，其特征在于，步骤s3中：
5.根据权利要求4所述的一...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁琳娜，唐旭，刘亮，
申请(专利权)人：杭州柏源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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