[发明专利]一种基于MADDPG算法的无人机数据收集方法

说明书

本发明涉及一种基于MADDPG算法的无人机数据收集方法，属于无线通信技术领域。该方法包括：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：建模无人机模型；建模传感器节点模型；建模信道模型；建模传感器节点关联变量；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。本发明以最小化网络损失为优化目标，实现无人机数据收集轨迹及节点关联优化设计。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种基于MADDPG算法的无人机数据收集方法。

背景技术

近年来，由于无人机制造技术的发展和成本的降低，无人机已广泛应用于民用和商业领域。在部分物联网数据收集应用中，无线传感器节点(Sensor Node,SN)需采集环境数据并传输至汇聚节点，由于SN能量有限且与汇聚节点之间距离较远，难以高效完成数据收集，使用无人机进行数据收集已经受到越来越多的关注，与传统地面通信系统相比，通过对无人机轨迹及关联策略的优化可以有效提升数据收集的效率。相关研究表明，无人机的轨迹及关联策略将对系统性能产生显著的影响。

目前已有文献针对无人机数据收集问题进行研究，如提出了一种基于最小化时间年龄的无人机数据收集策略；但现有研究较少联合考虑数据时间限制，节点缓存溢出对网络损失的影响，难以实现高效的数据收集。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于MADDPG算法的无人机数据收集方法，针对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，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，以最小化网络损失为目标，实现无人机轨迹及用户关联策略的联合优化。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于MADDPG算法的无人机数据收集方法，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。

进一步，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(UAV)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(UAV)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；