.1414. 工程科学学报，第40卷，第11期 巡线机器人 ○杆塔。中心通信节点④静态通信节点口巡线机器人塔上通讯节点及充电装置 一机器人运动轨迹------一节点通信链路 图1巡线机器人网络模型 Fig.1 Network model of inspection robot for high-voltage power transmission line (1)节点具有异构的通信能力，为降低能耗，机2中Dx+,表示第X+x(x,X∈N)次运动的终点 器人与普通静态节点通信半径较小为R,中心节点 网络中所有机器人遵循上述运动过程，它们之间 可同时具有两种通信半径：普通静态节点通讯半径 运动相互独立. R、大功率通讯半径C,其中2R<C. 1.2数据传输策略问题描述 (2)机器人具有异构运动速度，机器人巡检作 基于DTMSN与巡线机器人网络特点，高效的 业时根据线路环境、数据采集、能耗等因素调节运动 数据传输策略与路由算法应考虑以下问题： 速度.网络信息、巡检数据具有异构的数据容量与 (1)传输策略应满足机器人网络多跳分布式要 传输延迟要求. 求，网络所有节点都具有独立传输数据的能力和 机器人在网络中简化运动规律如图2所示，机 方式； 器人在输电线路杆塔间移动，杆塔P,到P、+n(n, (2)机器人网络应能动态地根据机器人位姿信 N∈N·)的档段内做匀速直线运动，越过杆塔时作 息、传输延迟、能量损耗综合选择最佳传输节点与 低速越障运动或线路巡检任务.其运动符合沿输电 路径； 线路上的随机运动模型(random waypoint)【s),即路 (3)传输策略应充分满足机器人网络异构特 径约束随机运动模型(path-constraint random way- 性，提出满足异构网络特性的自适应算法； point).模型描述如下：假设运动区域为A,以杆塔 (4)制定高效的消息队列管理机制，合理控制 直线段组成约束路径为S,杆塔P,机器人单次运 消息副本数量，确定优先传输、失效时间等消息更新 动为匀速直线运动，在S上随机选取运动起点B 原则 与终点D且B、D应在同一直线段内，随机取运动 2消息传递机制 速率ue（vn,vm）作为此次运动速率.在D处 机器人随机取时间Tp∈（Tn,T)保持静止， 网络节点传输概率与转发概率表明机器人与中 完成一次运动过程.重复此运动过程并选定前次 心节点及其他节点通信的可能性，节点间的消息转 运动终点Dx点为下次运动起点Bx+1(X∈N),图 发机制依此进行.机器人根据接收其他节点广播能 回杆塔Pw O杆塔 量度量自身在网络中的位姿信息，并预测能量损耗 杆塔P 。运动端点 与传输延迟来计算机器人在网络中的传输概率与转 Q杆塔Pat 发概率 ○约束路径S 2.1机器人位姿信息计算 机器人利用网络中各节点信号强度感知机器人 D (Bxa 与广播节点相对位姿信息.假设机器人在一次运动 中接收3次中心节点定时广播，根据接收信号强度 计算机器人移动速率、网络相对位置、运动趋势等位 可运动区域A 姿信息.第i个机器人M,在线路杆塔P,处结束上 图2巡线机器人运动规律 次运动，设为下次运动起点B(x6,y。),任取从杆塔 Fig.2 Inspection robot movement rule Pw至Pwtn(n,N∈N)的直线路径，设杆塔Pxn为工程科学学报,第 40 卷,第 11 期 图 1 巡线机器人网络模型 Fig. 1 Network model of inspection robot for high鄄voltage power transmission line (1)节点具有异构的通信能力,为降低能耗,机 器人与普通静态节点通信半径较小为 R,中心节点 可同时具有两种通信半径:普通静态节点通讯半径 R、大功率通讯半径 C,其中 2R < C. (2)机器人具有异构运动速度,机器人巡检作 业时根据线路环境、数据采集、能耗等因素调节运动 速度. 网络信息、巡检数据具有异构的数据容量与 传输延迟要求. 图 2 巡线机器人运动规律 Fig. 2 Inspection robot movement rule 机器人在网络中简化运动规律如图 2 所示,机 器人在输电线路杆塔间移动,杆塔 PN 到 PN + n ( n, N沂N * )的档段内做匀速直线运动,越过杆塔时作 低速越障运动或线路巡检任务. 其运动符合沿输电 线路上的随机运动模型(random waypoint) [15] ,即路 径约束随机运动模型( path鄄constraint random way鄄 point) . 模型描述如下:假设运动区域为 A,以杆塔 直线段组成约束路径为 S,杆塔 P,机器人单次运 动为匀速直线运动,在 S 上随机选取运动起点 B 与终点 D 且 B、D 应在同一直线段内,随机取运动 速率v沂( vmin , vmax) 作为此次运动速率. 在 D 处 机器人随机取时间 Tpause沂 (Tmin , Tmax) 保持静止, 完成一次运动过程. 重复此运动过程并选定前次 运动终点 DX点为下次运动起点 BX + 1 ( X沂N) ,图 2 中 DX + x表示第 X + x ( x, X沂N) 次运动的终点. 网络中所有机器人遵循上述运动过程,它们之间 运动相互独立. 1郾 2 数据传输策略问题描述 基于 DTMSN 与巡线机器人网络特点,高效的 数据传输策略与路由算法应考虑以下问题: (1)传输策略应满足机器人网络多跳分布式要 求,网络所有节点都具有独立传输数据的能力和 方式; (2)机器人网络应能动态地根据机器人位姿信 息、传输延迟、能量损耗综合选择最佳传输节点与 路径; (3)传输策略应充分满足机器人网络异构特 性,提出满足异构网络特性的自适应算法; (4)制定高效的消息队列管理机制,合理控制 消息副本数量,确定优先传输、失效时间等消息更新 原则. 2 消息传递机制 网络节点传输概率与转发概率表明机器人与中 心节点及其他节点通信的可能性,节点间的消息转 发机制依此进行. 机器人根据接收其他节点广播能 量度量自身在网络中的位姿信息,并预测能量损耗 与传输延迟来计算机器人在网络中的传输概率与转 发概率. 2郾 1 机器人位姿信息计算 机器人利用网络中各节点信号强度感知机器人 与广播节点相对位姿信息. 假设机器人在一次运动 中接收 3 次中心节点定时广播,根据接收信号强度 计算机器人移动速率、网络相对位置、运动趋势等位 姿信息. 第 i 个机器人 Mi在线路杆塔 PN处结束上 次运动,设为下次运动起点 B( xb, yb),任取从杆塔 PN至 PN + n (n, N沂N * )的直线路径,设杆塔 PN + n为 ·1414·