×
罗传文;陈文平;李德英;王永才;杜洪伟;吴丽东;吴伟丽

优化无人机的飞行轨迹，以便在无线传感器网络中高效收集数据。 （英语） Zbl 1477.68042号

西奥。计算。科学。 853, 25-42 (2021).
摘要：无人机（UAV）有望成为未来无线通信领域的重要组件，由于其高移动性、灵活部署，越来越多地用作数据采集器，从无线传感器网络（WSN）收集传感数据。随着科学技术的发展，传感器的存储容量和寿命不断增加，传感器可以存储越来越多的监测区域的传感数据。然而，由于无人机的能量限制和传感器携带的大量数据，我们无法在有限的时间内从无线传感器网络收集所有数据。因此，本文研究了两个问题：（1）在无人机能量限制的情况下，如何优化无人机的轨迹，使无人机的飞行时间和数据传输时间之和最小化，同时保证每个传感器采集的数据量达到原始数据的一定比例，这被称为最小化运输和通信延迟（MTCL）问题；（2） 在无人机预算有限的情况下，如何找到无人机的最优轨迹，使所有传感器之间采集的数据与存储的数据之比最大化，这就是最大化数据收集比例（MDCP）问题。我们首先证明了这两个问题都是NP-完全的。然后我们研究了MTCL问题的一个特殊情况，即MTCL-disjoint问题，其中任何一对数据采集区域都是不相交的，我们提出了一种近似算法来解决MTCL-dissjoint问题。基于MTCL-双关节问题，我们提出了一种求解一般MTCL问题的近似算法。然后，在MTCL问题算法的基础上，提出了MDCP问题的近似算法。最后，我们给出了不同场景下的数值结果，以评估所提算法的有效性。

引用于2文件

MSC公司：

68米18 与计算机科学相关的无线传感器网络
68周25 近似算法
90秒20 运筹学中的交通问题

关键词：

无线传感器网络;移动数据采集;无人驾驶飞行器;近似算法
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{C.Luo}等人，Theor。计算。科学。853，25-42（2021；Zbl 1477.68042）
全文： 内政部

参考文献：

[1] 罗，C。；吴，L。；Chen，W。；Wang，Y。；李，D。；Wu，W.，用于从无线传感器网络高效收集数据的无人机轨迹优化，（国际管理算法应用会议。国际管理算法应用会议，AAIM（2019）），223-235
[2] Cheng，S。；蔡，Z。；李，J。；Gao，H.，从无线传感器网络中的大传感器数据中提取内核数据集，IEEE Trans。知识。数据工程，2813-827（2017）
[3] 罗，C。；Yu，J。；李，D。；陈，H。；Y.Hong。；Ni，L.，构建无线传感器网络虚拟主干的新型分布式算法，计算。净值。，146104-114（2018）
[4] Shi，T。；Cheng，S。；蔡，Z。；Li，J.，能量收获传感器网络中的自适应连接支配集发现算法，（IEEE国际计算机通信会议，IEEE国际计算通信会议，INFOCOM（2016）），1-9
[5] 罗，C。；Chen，W。；Yu，J。；Wang，Y。；Li，D.，用于在无线传感器网络中构建虚拟主干的新型集中式算法，EURASIP J.Wirel。Commun公司。净值。，1, 55 (2018)
[6] 李，J。；Cheng，S。；蔡，Z。；Yu，J。；王，C。；Li，Y.，无线传感器网络中的近似整体聚合，ACM Trans。传感器净值。，第13、2条，第11页（2017年）
[7] 陈，Q。；蔡，Z。；Cheng，L。；高，H。；Li，J.，占空比多跳无线网络中的低延迟并发广播调度，（第39届IEEE分布式计算系统国际会议，第39届国际IEEE分布式计算机系统会议，ICDCS（2019）），851-860
[8] 袁，B。；奥洛夫斯卡，M。；Sadiq，S.，《无线传感器网络中的机器人最优路由问题》，IEEE Trans。知识。数据工程，19，9，1252-1261（2007）
[9] 马，M。；Yang，Y.，SenCar:大型多跳传感器网络的节能数据收集机制，IEEE Trans。并行分配系统。，18, 10, 1476-1488 (2007)
[10] O.Tekdas。；伊斯勒，V。；Lim，J。；Terzis，A.，《使用移动机器人从传感器场采集数据》，IEEE Trans。电线。社区。，16, 1, 22-28 (2009)
[11] Sugihara，R。；Gupta，R.K.，传感器网络中数据骡子的速度控制和调度，ACM Trans。传感器净值。，7, 1, 1-29 (2010)
[12] Cheng，S。；蔡，Z。；Li，J.，无线传感器网络中的曲线查询处理，IEEE Trans。车辆。技术。，64, 11, 5198-5209 (2015)
[13] Kim，D。；Abay，B.H。；Uma，R.N。；Wu，W。；Wang，W。；Tokuta，A.O.，《使用多个移动元件最小化无线传感器网络中的数据收集延迟》，（第31届IEEE国际计算机通信会议论文集。第31届EEE国际计算机通信大会论文集，INFOCOM（2012）），504-512
[14] Mehrabi，A。；Kim，K.，《使用移动接收器最大化能量收集传感器网络路径上的数据收集吞吐量》，IEEE Trans。暴徒。计算。，15, 3, 690-704 (2016)
[15] 夏，N。；王，C。；Yu，Y。；杜，H。；徐，C。；Zheng，J.，使用Voronoi图和支配集的水面移动汇的路径形成方法，IEEE Trans。车辆。技术。，6708-7619（2018）
[16] Kim，D。；薛，L。；李，D。；Zhu，Y。；Wang，W。；Tokuta，A.O.，《关于多架无人机在搜索和侦察行动中最大限度地减少延迟的理论轨迹规划》，IEEE Trans。暴徒。计算。，16, 11, 3156-3166 (2017)
[17] Wu，T。；Yang，P.等人。；严，Y。；Rao，X。；李，P。；Xu，W.，ORSCA：无线传感器网络中无人机的最佳路径选择和通信关联，（第五届先进云与大数据国际会议论文集。第五届先进云与大数据国际会议论文集，CBD（2017）），420-424
[18] Cheng，F。；张，S。；李，Z。；Chen，Y.，用于多个单元边缘数据卸载的无人机轨迹优化，IEEE Trans。车辆。技术。，67, 7, 6732-6736 (2018)
[19] Shi，F。；夏，J。；Na，Z.，《随机多用户多无人机中继网络中的安全概率缓存》，Phys。社区。，32, 31-40 (2019)
[20] 吴琼。；刘，L。；Zhang，R.，无人机无线网络通信和弹道设计的基本权衡，IEEE Trans。电线。社区。，26, 1, 36-44 (2019)
[21] Papadimitriou，C.H.，欧几里德旅行推销员问题是NP-完全的，Theor。计算。科学。，4, 3, 237-244 (1977) ·Zbl 0386.90057号
[22] Arora，S.，《欧几里德旅行推销员和其他几何问题的多项式时间近似方案》，J.ACM，45，5，753-782（1998）·Zbl 1064.90566号
[23] Dumitrescu，A。；Mitchell，J.S.B.，平面内邻域TSP的近似算法，J.algorithms，48，1，135-159（2003）·Zbl 1079.68114号
[24] 马克·德·伯格（Mark de Berg）；古德蒙德松，J。；Katz，M.J.，具有不同大小邻域的TSP，J.算法，57，1，22-36（2005）·Zbl 1101.68919号
[25] 马，M。；Yang，Y。；赵，M.，无线传感器网络中移动数据收集机制的旅行规划，IEEE Trans。车辆。技术。，62, 4, 1472-1483 (2013)
[26] Salarian，H。；Chin，K.W。；Naghdy，F.，《无线传感器网络的节能移动链路路径选择策略》，IEEE Trans。车辆。技术。，63, 5, 2407-2419 (2014)
[27] Kim，D。；Uma，R.N。；Abay，B.H。；Wu，W。；Wang，W。；Tokuta，A.O.，《无线传感器网络中的最小延迟多数据MULE轨迹规划》，IEEE Trans。暴徒。计算。，13, 4, 838-851 (2014)
[28] Wang，Y.C。；Chen，K.C.，《移动信宿的有效路径规划，以可靠地从具有不同感测速率和有限缓冲区的传感器收集数据》，IEEE Trans。暴徒。计算。，1527-1540年7月18日（2018）
[29] 艾哈迈德，N。；Kanhere，S.S。；Jha，S.，《关于空中无线传感器网络链路特性的重要性》，IEEE Commun。Mag.，54，5，52-57（2016）
[30] 苏吉特，P。；卢卡尼，D.E。；Sousa，J.，《无人机和传感器网络数据检索联合路线规划》，（2013年IEEE国际系统会议，2013年IEEE-国际系统会议），SysCon（2013），688-692
[31] 龚，J。；Chang，T.H。；沈，C。；Chen，X.，用于无线传感器网络数据采集的无人机飞行时间最小化，IEEE J.Sel。地区公社。，36, 9, 1942-1954 (2018)
[32] 詹，C。；曾勇。；Zhang，R.，无人机无线传感器网络中的节能数据采集，IEEE Wirel。Commun公司。莱特。，7, 3, 328-331 (2018)
[33] Yang，D。；吴琼。；曾勇。；Zhang，R.，通过弹道设计实现地面无人机通信的能量权衡，IEEE Trans。车辆。技术。，67, 7, 6721-6726 (2018)
[34] 罗，C。；Wang，Y。；Y.Hong。；Chen，W。；丁，X。；Zhu，Y。；Li，D.，在无线传感器网络中使用无人机最小化数据收集延迟，J.Comb。最佳。，1-24 (2019)
[35] 詹，C。；Zeng，Y.，无线传感器网络中多无人机数据采集的空中-地面成本权衡，IEEE Trans。社区。，68, 3, 1937-1950 (2019)
[36] 鲁道夫，V.A。；Rivero-ángeles，M.E。；Luviano-Juárez，A.，无人机辅助下使用无线传感器网络进行动物监测的数据收集方案；面向无线传感器网络或无人机的传感器，20、1、262（2020）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。