[发明专利]一种无人机辅助的船舶数据卸载系统及方法

权利要求书

1.一种无人机辅助的船舶数据卸载系统，其特征在于，包括无人机端以及多个船舶数据节点端；所述无人机端包括控制模块、单片机模块、无线收发模块、数据存储模块；每个船舶数据节点端包括数据采集模块、节点端GPS、无线收发模块、驱动模块。

2.根据权利要求1所述的无人机辅助的船舶数据卸载系统，其特征在于，所述的无人机端和船舶数据节点端，具体包括：

所述无人机端的控制模块包括无人机GPS、路径规划模块，所述无人机GPS与路径规划模块相连接，所述路径规划模块用于根据无人机GPS信息以及船舶数据节点进行路径规划；

所述单片机模块用于控制无线收发模块并将数据传给数据存储模块；所述无人机端的无线收发模块用于接收船舶数据节点的输出数据；所述无人机端的数据存储模块用于存储单片机模块的传输数据；

所述船舶数据节点端的数据采集模块用于采集船舶上传感器的数据，并将数据输出至船舶数据节点端的无线收发模块；所述船舶数据节点端的节点端GPS用于提供各节点的位置信息；所述船舶数据节点端的无线收发模块用于将接收到的数据传输至无人机端的无线收发模块；所述驱动模块用于驱动所有装置，其输出端与各装置输入端相连接。

3.一种无人机辅助的船舶数据卸载方法，其特征在于，采用TDMA通信方式，根据各个数据节点位置，对无人机端收发模块与船舶数据节点端收发模块的关联和无人机的飞行路径进行优化，使得在满足每个船舶数据节点的服务质量的基础上，最小化无人机的能耗，其特征在于，具体步骤包括：

步骤1：获取无人机端和船舶数据节点端的位置信息，构建旋翼无人机能耗目标函数，初始化各个参数，初始化无人机的飞行路径，将目标函数分解为两个子问题进行求解；

步骤2：第一个子问题是在固定无人机飞行路径和满足每个数据节点的服务质量约束下，通过优化无人机与数据节点的关联二进制变量来最大化系统吞吐量，该问题是一个标准的线性规划问题，通过使用CVX有效地解决；

步骤3：第二个子问题是将步骤2所求得的无人机与节点数据关联变量带入原目标函数，通过优化无人机的飞行路径来最大化系统吞吐量，由于服务质量要求的限制，该问题是一个非凸优化问题，本方法通过泰勒展开，用其下界近似代替，然后带入原问题，此时子问题是一个凸优化问题，通过CVX有效求解；

步骤4：重复步骤2和3，不断通过固定无人机飞行路径来优化无人机与数据节点管理变量求解第一个子问题，然后通过固定节点关联来优化无人机飞行路径求解第二个子问题；迭代求解，直至两次优化的无人机能耗的差的绝对值小于阈值，此时无人机的飞行路径和数据节点关联变量为所求的结果；

步骤5：所求的无人机飞行路径输入至无人机的飞行路径模块中，控制无人机按照指定的飞行路径飞行，无人机端的无线收发模块根据所求得关联变量和时隙，改变接收地址，从而卸载不同数据节点的数据，完成数据卸载任务。