无人机群辅助的三维传感器网络连通增强算法

摘要

部署在野外环境中的无线传感器网络（WSN）通常在恶劣的环境中运行，容易受到部分节点能量耗尽或故障的影响，影响网络连通。因此，网络连通性是保障传感器节点正常通信的必要条件。考虑三维空间中传感器节点随机分布的场景，提出了一种无人机群辅助的传感器网络连通增强（USACE）算法。提出自适应高度优化（AHO）算法，使无人机群能够根据地面节点的连通需求自主调整飞行高度，扩大覆盖范围；使用改进的萤火虫算法（IFA）规划遍历所有节点的初始路径，并采用创新的覆盖感知路径优化（CCRO）算法对飞行轨迹进行优化，删除冗余覆盖，减少转弯与路径交叉。目标是在保证网络连通时间最大化的前提下，最小化无人机群的能耗，实现高效覆盖。仿真结果表明，USACE算法在路径优化和能耗控制2个关键指标上均显著优于对比方案，同时表现出更好的稳定性和可扩展性，在8架无人机的大规模场景下仍能保持19.3%的平均性能优势。

关键词

无线传感器网络(WSN) / 连通增强 / 无人机编队 / 路径规划 / 能耗控制