物联网中基于深度强化学习的无人机路径规划

来源 :北京工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ybws2006
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近年来,物联网技术的发展日新月异,并已广泛应用于工业/农业互联网、智慧地球、虚拟现实/增强现实等诸多领域。无线通信技术的不断普及和人工智能的发展及其在物联网中的融合应用更推动了物联网向智能化和多元化的方向发展,拓展了应用范围、提升了应用效果。物联网的广泛应用使得传感器、智能设备等无线终端变得无处不在,如何有效地收集这些物联网终端中的数据以进行进一步的分析和利用,是研究者们一直关注的重要问题。由于物联网区域内的传感器节点受到地理环境或传感器本身的限制,通常难以对其充电或更换电池,而传统的网络大多采用多跳的方式进行数据传输,极容易造成网络负载不均衡导致有些节点由于负载过高而过早死亡。另外,在一些偏远地区或地形较恶劣的区域,仍然存在通信质量差的问题,导致物联网数据无法有效回传或传输速率低。针对上述问题,本文首先引入了基于无人机辅助数据收集的物联网架构,利用无人机充当物联网移动采集节点对数据进行收集。然后基于深度强化学习算法对无人机在数据采集过程中的移动路径进行合理规划,提高数据收集效率。最后引入区块链解决了上述系统存在的节点信任问题及数据安全性问题,提出了适用于上述系统的共识机制,并基于深度强化学习对无人机路径进行规划,提升其获得记账权从而获得奖励收益的概率。本文的研究工作主要集中在无人机辅助数据收集的物联网系统的设计,并对无人机在此过程中的移动路径进行规划。第一部分提出了基于无人机辅助数据收集的物联网架构以及无人机的路径规划方法,第二部分针对第一部分所提出的架构中存在的节点信任及安全性问题,通过引入区块链技术来解决。具体的研究内容如下:(1)基于无人机辅助数据收集的物联网系统及无人机路径规划针对一些偏远地区物联网数据无法及时有效回传以及数据传输过程中存在的传输延迟和负载不均衡问题,引入基于无人机辅助数据收集的物联网架构,采用无人机作为移动节点收集传感器数据,实现对物联网数据低时延和全覆盖采集。同时综合考虑数据时延要求和网络能耗,基于深度强化学习算法对无人机在数据收集过程中的移动路径进行合理规划,保证数据在其时延范围内被采集,同时均衡并降低网络能耗,提高无人机的数据收集效率。(2)基于区块链和无人机的物联网架构及已验证数据证明共识机制针对无人机辅助数据收集的物联网系统中存在节点之间的信任问题以及数据的安全性问题,在系统中引入区块链技术,采用加密货币的激励形式来鼓励无人机收集更多的传感数据,并提出适用于该系统的共识方案,以确保无人机收集的传感数据的真实性,并在产生传感数据块的无人机节点之间达成共识。此外,在提出的物联网系统中基于无人机运营商的角度提出了基于深度强化学习的飞行路径规划方案,最大化无人机获得的加密货币奖励。
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