[发明专利]一种基于MADDPG算法的无人机数据收集方法

权利要求书

1.一种基于MADDPG算法的无人机数据收集方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：构建包含多个无人机以及多个传感器节点的无人机辅助的物联网数据收集系统，具体包括：

S11：建模无人机模型；

S12：建模传感器节点模型；

S13：建模信道模型；

S14：建模传感器节点关联变量；

S15：建模系统状态、动作和观测值；

S2：建模系统代价函数：为由于缓冲区溢出和数据包到期而导致的丢包数量的相反数；

S3：建模并训练MADDPG算法；

S4：基于MADDPG算法确定无人机数据收集策略。

2.根据权利要求1所述的无人机数据收集方法，其特征在于，步骤S11中，建模无人机模型，具体包括：令表示无人机集合，其中U_i表示第i架无人机，1≤i≤I，I为无人机的数量；

无人机飞行时高度固定为h，U_i在时隙t的位置为无人机从初始位置出发进行数据收集，能量耗尽前返回初始位置；无人机的最大速度为v_max；令表示U_i在时隙t的飞行方向，v_i,t∈[0,v_max]表示U_i在时隙t的飞行速度；U_i在时隙t+1的二维位置投影为：其中τ为时隙长度；

令B^U表示无人机从初始位置起飞时的可用能量，无人机需在电量耗尽前返回初始位置；令表示U_i在时隙t的电池电量，的更新公式为：其中为U_i在时隙t的推进能耗，计算公式为：其中P₀和P₀′为常数，U_tip为转子叶片的叶尖速度，v₀为无人机悬停时平均转子诱导速度，ξ_drag和ξ_rotor分别为机身阻力比和转子可靠性，ρ_air和S_rotor分别为空气密度和转子盘面积。

3.根据权利要求2所述的无人机数据收集方法，其特征在于，步骤S12中，建模传感器节点模型，具体包括：令表示传感器节点集合，其中SN_j表示第j个传感器节点，其位置表示为其中1≤j≤J，J为传感器数量；

SN_j从环境中收集数据，将数据包存放在有限缓存中，SN_j的缓存容量为SN_j在时隙t的队列长度为令表示新到达的数据包；每个数据包有其时间期限δ_j，当超过时间期限后，将被丢弃；令表示SN_j在时隙t因数据包超时丢弃的数据包的数量；当SN_j的缓存达到其容量，即后，当有新的数据包到达，将导致缓存溢出，SN_j将丢弃排在队列前端的相同数量的数据包，令表示因数据溢出丢弃的数据包的数量；令表示SN_j在时隙t成功上传的数据包数量；SN_j的数据缓存队列更新公式为：

传感器节点收集可再生能源，用于数据收集和数据传输；令表示SN_j在时隙t的电池电量，表示节点的电池容量，SN_j的电量更新公式为：其中表示SN_j在时隙t收集的能量，表示SN_j在时隙t的能耗；SN_j在时隙t的能耗建模为：其中表示SN_j收集数据的能耗，表示SN_j在时隙t传输数据的能耗，其中P_j,t表示SN_j在时隙t的传输功率。

4.根据权利要求3所述的无人机数据收集方法，其特征在于，步骤S13中，建模信道模型，具体包括：U_i与SN_j在时隙t的信道增益其中α_e为路径损失系数，建模为高斯随机变量，为高斯变量的方差，e∈{LoS,NLoS}为传播参数。