2013年--外文翻译--无线传感器网络中基于集群通信拓扑结构选择和无人机路径规划（译文）

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1、中文 6460 字， 5300 单词， 23700 英文字符 出处： Ho D T, Grtli E, Sujit P B, et al. Cluster-based communication topology selection and UAV path planning in wireless sensor networksC/Unmanned Aircraft Systems (ICUAS), 2013 International Conference on. IEEE, 2013: 59-68. 无线传 感器网络中基于集群通信拓扑结构选择和无人机路径规划 摘要： 在传统的无线传感器网

2、络中 ， 低功耗自适应集 群 分层型协议 （ LEACH）被普遍应用以节省能量。 在大规模部署 中，节约能源非常困难。 本文主要介绍了传感器网络通信拓扑结构的选择和应用无人机进行数据采集。 为降低能源消耗和误码率，减少无人机飞行时间，本文采用粒子群优化算法 （ PSO） 寻找最佳集群。 根据实验结果表明， PSO 在能耗和误码率方面更优于 LEACH 协议，而无人机飞行时间一样。 实验结果进一步表明两者之间的性能差距随着簇头节点数量的增加而增大。 降低能源消耗意味着网 络运行时间可显著延长，而低误码率则可以大大增加网络接收的数据量。 1 引言 无人机系统技术（ UAS）在各种军用领域和民用领域

3、已得到广泛应用。 该技术主要应用在雷达定位、 野火管理、观察支撑、农业监测、边境监视、环境监测、气象监测和航拍，以及搜索救援任务。 与传统载人机相比，无人机系统技术最明显的好处就是成本低，提高了人员的安全性，并且易于部署。 无线传感器网络中的许多应用采用了无人机系统技术来扩大通信范围，通过使用运载工具作为中继节点最大化网络的数据通信能力，从远程或恶劣环境中收集数据，或协助节点在移动网络中的 定位。 本文作者主要对这些方面进行研究，溢油应急响应、海冰监测、船舶交通监控和海水水质监测。 然而，许多待探索的地区条件非常苛刻，并且很偏远，由于缺乏通信基础设施相对孤立。而建立永久性的通信基础设施又非常昂

4、贵，且难以保养。 在这些区域中的地面上或海面上建立网络节点，并应用无人机收集这些网络节点的数据是更容易和更便宜。 根据调查，关于如何从无线传感器网络节点中收集数据已有广泛研究。 在这些网络中，簇中的传感器节点通常被凝结和相互连接。 因此，这些节点都是通过它们的簇头（ CH）节点与基站进行通信。 因此，这些节点之间需要多跳 数据通信。 这可能会消耗大量的能量，由于 集群中大量的通信和数据交换，如通过簇头节点节收和转发数据给网关。 可以通过部署在网络中移动的移动网关来 降低能耗 。 对移动网关的优化策略主要取决于该无线传感器网络的大小和它从网络中其它节点接收状态信息的频繁程度。 然而，当这些节点在

5、运动的过程中发送信息给网关时，移动网关这种办法仍然会有比较显著的能耗问题。 当无人机充当网关节点时，每个节点的能量负重能大大降低，当它飞过网络时从尽可能多的节点接收数据。 无人机系统技术是在视距（ LOS）中通信，这使它们较地面工具有更好的通道。 如同所有的 移动网关，它可以被控制来提高整个网络的性能。 当这些节是固定的，为了使这些节点的能耗最小和网络存活时间最长，无人机路径通过一种新的通信协议（ MAC）被定义。 同样的，针对无人机从这些节点中搜寻数据提出了一个启发式算法，在假设无人机只能访问每个集群的簇头节点下通过自适应调整无人机路径的情况下。 在许多情况下，多无人机应用和协作下找到最佳的

6、飞行路径是必须的。 在如内部通信、防接和防触地这些条件限制下，无人机路径是非常具有挑战性的，它已经被研究使用合适的预先规划法和在线实时更新规划法。 在现有的无人机在广域传感器网络中的数 据采集方面，本文有不同的方案。 我们的算法是在考虑能耗、所有节点误码率和无人机飞行时间的情况下，找到最优的无人机路径。 2 相关工作 无人机在不同限制条件下的路径优化问题已经有了几十年的研究。 根据不同的应用环境，所采用的目标函数和优化方法也不一样。 本文的目标是为了使通过节点的最能耗最低；任何节点和它的簇头节点之间，簇头节点和无人机之间通过无线通道的数据通信质量最好； 无人机飞行时间最短。 目标是提供一个无人机能访问到的节点列表。 优化在每一个无人机飞行任务之前运行，其解决方安案为无人机完成一次数据采集提供了一条 路径。 参考无线传感器网络与无人机之间的通信质量表明，如果无人机一次与较少的传感器节点通信，那么误码率就较低。 然而，无人机需要飞过网络中的所有节点，飞行时间会显著增长。 这个问题在集群中分组的节点和只有簇头节点被无人机访问的地方较好。集群技术只取决于通信能力或