[发明专利]一种基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法

说明书

本发明公开了一种基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法，包括以下步骤：S1、获取无人机在T时间内采集区域内K个地面传感器三维坐标和窃听者的三维坐标；S2、根据步骤1获取的信息，建立无人机航迹和速率优化问题模型；S3、求解步骤2建立的所述无人机航迹和速率优化问题模型；S4、根据步骤3求得的无人机航迹，设定保密传输速率门限条件，选择合适的传感器被唤醒激活，向无人机发送数据。本发明在确保信息安全的前提下，以最大化数据采集的保密传输能效为目标，建立无人机航迹和速率优化问题模型，通过求解最优航迹和飞行速度，从而实现能效最优的安全的数据采集。

技术领域

本发明涉及数据采集领域，特别涉及一种基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法。

背景技术

无人机执行任务成本低、可控性好、按需部署方便，故将在5G移动网络以及未来6G网络中有着广泛的应用。应用无人机进行物联网传感器数据采集是无人机5G网络应用的一个很好的范例。应用无人机进行传感器数据采集不仅可以扩大数据采集范围，而且可以通过无人机航路规划和传感器选择降低整体数据采集的能量消耗。

在基于无人机的无线传感器数据采集中，存在两方面的问题，即就是数据安全和能量限制。由于地空无线链路的广播特性，传感器发送的数据可能被潜在的非法用户接收，这就使得数据采集存在潜在的信息安全问题。另一方面，无人机和传感器一般都使用电池供电，特别是无人机的电池容量有限，大大影响了数据采集持续时间。

如何在有限的电池能量约束下安全高效地运用无人机进行传感器数据采集是一个很有意义的问题。为了确保传感器数据安全，物理层安全作为一种可选的技术，能够通过信息传输策略的优化设计来灵活地匹配无线信道和传输环境的变化，达到信息安全的目的。在运用无人机采集传感器数据的场合中，无人机完全可控的移动性和灵活性为物理层安全传输设计提供了新的角度，即通过优化设计无人机的航迹达到安全高效的数据采集。

许多研究工作关注于通过航迹优化或者功率分配来提升保密传输速率。但是，没有考虑传感器和无人机的能量约束对保密性能的影响，没有考虑保密传输的能效问题。于是，能量约束条件下的安全的高能效的数据采集就是一个非常值得研究的问题。

发明内容

为了解决现有问题，本发明提供了一种基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法，具体方案如下：

一种基于无人机的高能效的传感器数据安全采集算法，包括以下步骤：

S1、获取无人机在T时间内采集区域内K个地面传感器三维坐标和窃听者的三维坐标；

S2、根据步骤1获取的信息，建立无人机航迹和速率优化问题模型；

S3、求解步骤2建立的所述无人机航迹和速率优化问题模型；

S4、根据步骤3求得的无人机航迹，设定保密传输速率门限条件，选择合适的传感器被唤醒激活，向无人机发送数据。

优选的，所述步骤1中第k个传感器的三维位置表示为(s_k,0)，其中s_k＝(x_k,y_k)是传感器的水平坐标；窃听者的三维位置表示为(w,z)，其中w＝(x_e,y_e)是窃听者的水平坐标；将无人机执行数据采集任务的时间T划分成N个相等的时隙长度Δt，时隙足够小以至于可以认为无人机在一个时隙内位置不变，于是无人机的航迹可以表示为一系列三维的空间点其中u[n]＝(x[n],y[n])表示无人机在第n时隙的水平坐标，第n个时隙内无人机的速度为表示为v[n]，v[n]＝(v_x[n],v_y[n])，无人机在采集数据时处于巡航模式，飞行高度固定为z，其初始位置和结束位置记为u[0]＝u₀和u[N]＝u_N。

优选的，所述步骤2中建立所述无人机航迹和速率优化问题模型如下：