In this paper, we study the problem of gathering data from large-scale wireless sensor networks using multiple unmanned air vehicles (UAVs) to gather data at designated rendezvouses, where the goal is to maximize the network lifetime. Previous proposals often consider a practical approach where the problem of determining a data gathering scheme is decomposed into 2 sub-problems: i) partitioning the networks into clusters for determining the rendezvouses as these obtained cluster heads; and ii) determining the paths for a set of a given number of UAVs to come gathering data at these rendezvouses which have been harvesting data within each local clusters, respectively. We try to deal with this as a whole optimization problem, expecting a significant increase in computation complexity which would bring new challenge in creating practical solutions for large-scale WSNs. We introduce two alternatives mixed-integer linear programming (MILP) formulations, namely the 2-index model with $O(n^2)$ variables and the 3-index model that has $O(n^3)$ variables, where $n$ denotes the number of sensor nodes. We show that our best model could solve optimally the problem instances with up to 50 sensor nodes in less than 30 minutes. Next, we propose a heuristic idea to reduce the number of variables in implementing the 3-index model to effectively handle larger-scale networks with size in hundreds. The experiment results show that our heuristic approach significantly prolongs the network lifetime compared to existing most efficient proposals.


翻译:在本文中,我们研究了利用多无人驾驶航空飞行器(无人驾驶航空器)从大型无线传感器网络收集数据的问题,以便在指定的集合点收集数据,目标是最大限度地扩大网络寿命。以前的建议常常考虑一种实用的方法,即确定数据收集办法的问题分解成两个子问题:一是将网络分成一组,以便在获得集群头时确定会合点;二是确定一组特定数量的无人驾驶航空飞行器收集数据的途径,这些大型无线传感器网络收集的数据,这些天际飞行器收集的数据分别在每个地方集群内收集数据。我们试图处理整个优化问题,期待计算复杂性的大幅提高,从而在为大型网络SNSN建立实际解决办法方面带来新的挑战。我们引入了两种混合线性线性编程(MILP)配方,即用$(n)2美元变量将网络分为两个指数模型,用美元(n)至3美元现有变量的3个指数模型收集数据,其中以美元计算出每个地方集群组群集的数据。我们试图解决整个计算器节点的数据。我们的最佳模型比50分钟的网络规模要高得多。我们建议采用最优的模型,在下一个模型中用最优的网络来显示最低的变式的变数。

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