[发明专利]一种无人机辅助的船舶数据卸载系统及方法

说明书

本发明提供了一种无人机辅助的船舶数据卸载系统及方法，属于无线通信技术领域。本系统包括无人机和多个船舶数据节点，无人机利用其高速移动性能快速接近船舶，通过其搭载的无线收发装置与船舶数据节点建立通信连接，将船舶的数据卸载下来。本方法采用TDMA通信方式，根据各个数据节点位置，对船舶数据节点与无人机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。本发明能够有效提高船舶作业的效率和安全。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种无人机辅助的船舶数据卸载系统及方法。

背景技术

近年来，科技的进步极大地推动了智能船舶的发展，船舶上可以通过搭载各种传感设备来获取自身和周围环境的各种信息，但船舶数据的卸载方面仍面临诸多问题。传统的无线数据卸载方式需要构建昂贵的无线传感网络，经过多跳的方式进行数据卸载，这在经济代价和效益方面造成严重失衡，尤其是在环境恶劣的地方。而无人机辅助的船舶数据卸载方法并不需要构建传感网，无人机利用其灵活性和高速移动性，通过搭载无线传输模块，在船舶数据节点中移动完成数据卸载任务。

在对船舶进行检测、监测时，通常也是部署传感器节点，能够快速对船舶结构应力、船舶运动状态、床舱内温湿度等数据进行采集、存储，但在船舱内，由于信号被屏蔽和空间狭窄，数据无法被传输出来，人为的数据检测也十分耗时耗力，无人机能够很好地在船舱内移动，通过搭载的无线传输模块完成数据卸载任务。

目前，无人机数据卸载的过程中大多只考虑数据的吞吐量，而忽略了无人机的能耗和数据节点的服务质量要求，能耗与数据卸载这两个方面是相互冲突的。在满足各个条件下，得到一个可行的多目标无人机数据卸载路径方法，是提高船舶数据卸载系统作业效率中急需解决的技术问题。

发明内容

本发明针对上述的问题，提出一种无人机辅助的船舶数据卸载系统及方法，可以实现无线自动数据卸载，节省人力物力，提高船舶作业效率。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种无人机辅助的船舶数据卸载系统，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。

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。

一种无人机辅助的船舶数据卸载方法，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。

本发明方法的基本原理如下：

考虑K个船舶数据节点，其二维坐标用Z_k表示，无人机搭载无线传输模块在数据节点上方飞行完成数据卸载任务，其飞行高度固定位H。无人机的飞行时长为T，每个时隙长度为δ，因此整个周期分为个相等的时隙。在每个时隙中，我们认为无人机的位置是保持不变的，则在第n个时隙，无人机二维坐标用q_n表示。