[发明专利]无人机物联网系统和均衡传感器的能耗和寿命的方法

权利要求书

1.一种均衡无人机物联网系统中传感器的能耗和寿命的方法，所述无人机物联网系统包括多个传感器和与所述多个传感器分别进行通信的至少一个无人机，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1、基于每个传感器的数据载荷计算最小系统节点传输能耗；

S2、基于每个传感器的剩余节点能量和传输能耗计算传感器寿命：

S3、基于公平性指数来描述所述传感器之间的能量公平性；

S4、基于最大公平性指数、所述最小系统节点传输能耗、所述数据载荷和所述剩余节点能量调节所述传感器的带宽和/或所述无人机的悬停位置以均衡系统能耗和传感器寿命；

所述步骤S1进一步包括以下步骤：

S11、根据以下公式基于每个传感器的所述数据载荷计算所述最小系统节点传输能耗：

0≤P_i≤P_max (5)

其中，A_i表示传感器i的数据载荷，B_i表示传感器i的带宽，g_i表示传感器i的信道增益，N₀表示白噪声功率密度，P_i表示传感器i的发送功率，B表示系统带宽，M表示传感器数量，T表示数据传输时限，P_max表示传感器的最大发送功率，1≤i≤M，i和M均为正整数；

S12、基于计算每个传感器i的发送功率P_i：

S13、将发送功率P_i带入(P1)以计算所述最小系统节点传输能耗：

所述步骤S2进一步包括以下步骤：

S21、基于每个传感器的所述数据载荷计算每个传感器的每次数据传输的能耗：

S22、基于每个所述传感器的剩余节点能量和能耗计算传感器寿命：

其中E_i表示传感器i的剩余节点能量；

所述步骤S3进一步包括以下步骤：

S31、基于公平性指数来描述多个传感器之间的能量公平性：

其中，J的范围是为最小公平性指数且对应最小的公平性，J＝1为最大公平性指数且对应最大的公平性。

2.根据权利要求1所述的均衡无人机物联网系统中传感器的能耗和寿命的方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括以下步骤：

S41、将两个传感器之间的间隔设置为D，将无人机选定在连接两个传感器的直线的正上方，将所述无人机的悬停高度固定为H、并沿着直线改变其距离第一传感器的水平位置x；

S42、对于每个固定位置，求解(P2)以获得最优带宽{B_i}_opt，并将所述最优带宽分配{B_i}_opt带入约束式(7)以计算最优发送功率{P_i}opt；

S43、基于所述最优带宽{B_i}_opt和所述最优发送功率{P_i}opt，根据约束式(8)计算所述能量公平性；

S44、基于J＝1、所述数据载荷和所述剩余节点能量调节所述传感器的带宽和/或所述无人机的悬停位置以均衡系统能耗和传感器寿命。

3.根据权利要求2所述的均衡无人机物联网系统中传感器的能耗和寿命的方法，其特征在于，在所述步骤S44中：

当两个传感器的数据载荷和剩余节点能量相等时，所述无人机的悬停位置为直线的中间点且两个传感器平均共享系统带宽；

当第一传感器的数据载荷小于第二传感器的数据载荷时，所述无人机的悬停位置靠近所述第二传感器或分配给所述第二传感器更多的带宽；

当第一传感器的剩余节点能量小于第二传感器的剩余节点能量时，所述无人机的悬停位置靠近所述第一传感器或分配给所述第一传感器更多的带宽。

4.一种无人机物联网系统，包括多个传感器和与所述多个传感器分别进行通信的至少一个无人机，其特征在于，进一步包括处理器和存储在所述处理器上的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-3中任意一项所述的均衡无人机物联网系统中传感器的能耗和寿命的方法。