能耗均衡的三维最优持久编队通信拓扑生成
能耗均衡的三维最优持久编队通信拓扑生成
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DOI：
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发表时间：
2021
期刊：
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通讯作者：
王国强
中科院分区：
文献类型：
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作者：
罗贺;李晓多;王国强
持久编队通信拓扑的优化是在确保多智能体使用持久编队控制方法保持队形的基础上尽量减少智能体之间的通信能耗。现有的方法可以最小化智能体的通信能耗总和，却未考虑均衡智能体间的通信能耗，而这会导致某些智能体提前退出编队。针对这一问题，以最大化队形保持时间为目标，研究了考虑能耗均衡的三维最优持久编队通信拓扑生成方法。首先，设计了一种通信拓扑离线优化机制，即选择一个合适的周期，在编队运动之前计算出每个周期内的通信拓扑，在编队保持队形过程中据此定期调整通信拓扑，从而避免在线计算和发布通信拓扑带来额外的通信能耗；而在离线计算每个周期内的通信拓扑时，先估计出每个周期开始时每个智能体的剩余通信能量，并据此更新网络拓扑中各通信链接的权重，再从更新后的网络拓扑中生成一个三维最优持久图作为本周期内的通信拓扑。其次，针对每个周期内的三维最优持久图生成问题，由于更新后的网络拓扑中的通信链路权重不对称，导致现有算法难以适用，为此提出了一种基于刚度矩阵和弧添加操作的近似求解算法，并从理论上分析了其时间复杂度和证明了其有效性。最后，通过仿真实验结果验证了该方法可以有效降低并均衡各智能体的通信能耗，相比于所有对比方法的平均水平，在节点数为5、10、15的情形下的队形保持时间分别提升了29.5%、59.4%、72.01%。