无人机辅助的无线传感器网络充电策略研究文献综述

1. 文献综述（或调研报告）：

近些年来，物联网技术发展迅速，并在通信、交通等各个领域中有所应用^[1]-[3]，然而，因为其仍然受能量有限的电池供电，物联网设备的生命周期受到了限制，如何为能量受限的无线物联网络提供可靠的供电并改进整个网络的能量效率成为了一大难点。随着近些年来无人机方向的应用与研究，通过安装通信收发器，低空无人机可以用作空中移动基站或中继器，以帮助增强地面无线通信系统的性能。无人机辅助的无线网络充电在无线充电技术领域也被认为是具有发展前景的技术。

1. 无人机辅助的无线网络充电策略的优势

在传统的无线电力传输系统中，采用的是静态的无线充电器部署策略，能量发射器通常部署在固定位置以射频传输的方式^[4]-[5]以对分布式的能量接收器充电^[6]。然而，由于射频信号在传输距离上存在严重能量损耗，实际的无线电力传输系统的性能受到端到端低效率和功率覆盖范围的限制。因此，为了能够向大规模低功率能量接收器网络提供普遍的无线能量供应，这些固定的能量发射器通常需要以超密集方式部署。然而，这将极大地增加成本，并阻碍该系统的大规模实施。针对此类固定无线充电器的辅助充电策略，旨在通过提高链路级的无线电力传输效率来解决这个问题，相关技术和策略包括例如多天线波束成形^[7]和波形优化^[8]。

由于传统无线电力传输系统的缺陷，近年来在移动无线充电器无线充电方向展开了研究。目前已经有一些之前的研究工作，其中包络建议使用移动的地面车辆作为移动充电站来为传感器节点进行无线充电^[9]。然而，地面车辆仅仅能够在二维区域中沿着一组固定轨迹移动的，相比之下，无人机可以更灵活地部署并在三维自由空间中移动。此外，与通常容易遭受各种损伤的地面无线信道相比，无人机更有可能获得良好的视线关系，也就具有更好的与地面能量接收器的传输信道。

1. 无人机辅助的无线网络充电策略研究难点与分类

在无人机辅助的无线电力传输系统中需要解决的一个基本问题如下：如何设计和优化单一无人机或联合地设计与优化多个无人机的运行轨迹，以最大限度地较为公平地传递给无线传感器网络中所有节点能量？该问题可分为以下两个子问题：

1. 对于一无线传感器网络，我们该如何设计其中各个节点的充电公平性原则；

（2）如何在某一确定的公平性策略下，在有限的充电时间内，为整个无线传感器网络各个节点提供更多的能量，即，如何从网络的角度最大化充电效率。

在分类上，目前的无人机辅助的无线网络充电策略研究也就可以分为上述两个方向，以下，我们分别进行说明。

（1）基于公平性原则的无线传感器网络充电策略

在文献[10]中，基于最大化各个能量接收器在充电时间内接收到的能量中的最小值的优化问题提出了相应的无人机轨迹设计和充电策略。其中，在忽略无人机速度约束的情形下，首先应用拉格朗日对偶法等效求解该优化问题的对偶问题，注意到问题的时不变性，去除时间变量，在投影的传感器网络的二维空间内进行无人机位置的枚举，最终求解得到无人机的坐标，提出了相应的多点悬停策略。继而在此基础上，考虑无人机速度约束，文献中也相应地提出了多点悬停基础上的连续悬停-飞行和基于SCP轨迹设计的策略。