基于完美二叉树通信拓扑的拜占庭容错共识算法

针对实用拜占庭容错(PBFT)算法中主节点可预测、通信复杂度高和作恶节点缺少惩罚机制的问题,该文提出一种基于完美二叉树通信拓扑的联盟链拜占庭容错算法(PBT-BFT)。首先设计了信誉评估模型对节点的行为进行评估,同时提出基于信誉的可验证随机函数(R-VRF),使得随机抽取概率与信誉值呈正相关,保证了拥有不同信誉值的节点抽签的公平性和随机性。然后,设计了完美二叉树通信拓扑,将通信复杂度降低至线性复杂度,同时提出轮换主节点和流水线工作机制,提高了共识效率。实验结果表明,与PBFT相比,平均吞吐量提高了121.6%,平均时延降低了73.8%,能够很好地适用于大规模网络节点的联盟链。

不确定通信拓扑多智能体一致性容错控制问题研究

针对不确定通信拓扑的多智能体系统(multi-agent systems,MAS),研究带有外部有界能量干扰且任意智能体执行器可能存在故障的多智能体系统鲁棒H∞一致性容错控制问题。引入权重矩阵,通过线性变换,对多智能体系统的状态方程进行降阶,将通信拓扑不确定的多智能体系统一致性容错控制问题转变为鲁棒二次渐近稳定问题;利用Lyapunov稳定性理论及LMI方法,推导出满足各智能体状态信息渐近一致的充分条件,并给出一致性容错控制律的求解方法;通过仿真验证了所提方法的有效性。结果表明:该方法可确保不确定通信拓扑下故障MAS的稳定性,且具有一定的扰动抑制性。

高速飞行器集群通信拓扑自适应控制方法

针对基于传统通信机制的高速飞行器集群控制策略鲁棒性低、所需通信量大的问题,提出一种基于深度强化学习框架的可自主调节通信数量的集群控制方法。其中,使用深度神经网络构建控制策略与通信策略耦合的集群控制策略,其输出包含控制飞行器运动的过载指令以及与邻近飞行器的通信数量。通过与任务环境的不断交互,训练出的集群控制策略能根据环境信息自主调整通信拓扑结构,保证集群控制的鲁棒性和较低的通信量。仿真结果表明,相比于集中式,分层式和分布式通信机制,所提的自适应通信机制可在较低的集群通信量下安全快速地控制飞行器集群到达目标点并且较好地保持编队队形。

通信拓扑切换下的预定时间分组协同制导方法

针对通信网络拓扑结构切换下的协同制导问题,提出了一种预定时间协同制导方法(PTCGL),以保证拓扑切换下的预定时间分组收敛。首先,建立三维飞行器协同制导模型和拓扑切换下的分组协同架构:组间利用小组领队飞行器之间的协作实现分组配合,组内则通过有向通信实现组协同。随后,在通信网络拓扑结构切换的情况下,结合牵制控制和预定时间理论,基于M矩阵假设的牵制分组误差和预定时间尺度函数提出拓扑切换三维预定时间协同制导律。进一步,考虑拓扑切换驻留时间,利用Lyapunov理论证明在通信拓扑切换的情况下,该制导律可实现预定时间收敛。最后,数值仿真结果验证了所提出的协同制导方法可实现在拓扑切换下的预定时间收敛、保证分组协同打击。

考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制

孤岛微电网在运行过程中对其输出电压、频率控制有较高的实时性要求。考虑孤岛微电网运行过程中易受负载投切、通信拓扑切换等多种干扰的影响,提出了一种改进的考虑通信拓扑切换的微电网有限时间分布式二级控制方法,实现孤岛微电网输出电压、频率的有限时间调节控制。首先,在传统的有限时间控制算法中加入一项幂指数为1的跟踪误差控制项,构建孤岛微电网有限时间分布式一致性电压、频率控制算法,并且分别建立闭环随机系统模型。其次,通过Lyapunov稳定性判定方法验证所提方法的稳定性,并计算出有限时间上界表达式。最后,在Matlab/Simulink上通过仿真验证了所提控制方法的有效性。

ACT-BFT:自适应通信拓扑的拜占庭容错共识机制

共识机制研究如何在分布式的节点中达成数据的一致性,作为区块链中的核心技术,直接影响着区块链系统的性能。拜占庭容错类共识机制是当前主流的联盟链共识算法,但存在着记账节点选取安全性差和通信的时间复杂度过高的问题。针对上述问题,提出一种基于BP神经网络的节点信誉值评估机制,通过训练优化节点信誉值评价指标的权重,更为精确地得到节点信誉值。根据信誉值来挑选记账节点,提高共识效率和减小恶意节点成为记账节点的风险,提高共识的安全性。设计了一种自适应的树型通信拓扑结构,根据节点信誉值的信息熵自适应调整树型结构的叉度,减小传统P2P拓扑结构中的通信的时间复杂度,自由叉度结构增加了通信结构的可扩展性并减小了节点作恶带来的负面影响。通过大量的实验分析验证了提出算法的有效性,在区块链网络中节点数增加到500时,该算法的吞吐量为相似方法的3倍,时延仅为1/7。同时在记账节点连续切换和节点作恶情况下,该算法的吞吐量稳定,并能有效降低节点作恶带来的影响。算法具有较高的吞吐量、低时延和高安全性,适用于在分布式系统中进行共识。

基于自适应通信拓扑的无人机集群弱路径约束下的分布式控制器设计

针对传统无人机集群飞行控制需要规划过多飞行路径的问题,设计一种结合线性二次型调节器(LQR)与机间防撞的分布式协同控制器,不需要为集群设计相对构型,只需给定一条满足无人机动力学约束的飞行路径,集群就可沿路径飞行。该控制器通过设计自适应通信拓扑来稳定加入机间防撞机制带来的抖振效应,并使集群具有良好可扩展性。仿真结果表明,所设计的分布式控制器可以实现规划一条路径下无人机集群无机间碰撞的稳定飞行。

通信拓扑变化条件下多无人机同时到达控制策略

针对战场环境中无人机多机成员通信链路局部时断时续情形,并基于一致性算法有向生成树最弱通信连通条件,设计了无人机多机通信拓扑包含有向生成树/子树的判别策略、以及重新包含有向生成树的通信链路最小变更方案的获取策略;研究选取预计到达时间(ETA)为协调变量,基于一致性算法控制无人机成员或其成员子集实现同时到达;提出设置虚拟子目标点的一致性控制策略,实现多无人机空中聚集飞行和同时到达,以提高作战生存力,并且避免多无人机飞行间距超出相互通信作用范围;通过仿真与分析,验证了上述策略的有效性。

固定翼无人机编队构型与通信拓扑优化

本文研究了考虑攻防对抗态势与最小信息流要求的固定翼无人机(unmanned aerial vehicles,UAVs)编队构型与通信拓扑优化问题。建立了编队构型指标体系,给出了大规模集群分层编队构型设计模型和编解码方法,提出了基于态势场的队形模型,采用粒子群算法开展了队形参数优化。建立了通信网络拓扑效能指标体系,提出了通信代价模型,给出了基于Q学习的网络连通性控制算法。仿真算例验证了所提方法的有效性。

多智能体系统通信拓扑最优设计

运用控制理论,矩阵论及最小二乘等理论,研究了多智能体系统的分组一致性与系统通信拓扑图的拉普拉斯矩阵属于特征值0的特征向量之间的关系.给出了在线性协议控制下,系统达到一致性和分组一致性,其通信拓扑的设计方法.提出了一阶多智能体系统的总能量概念,并得到了系统在能量最省时通信拓扑的最优设计.仿真实例佐证本文主要结论的正确性.

混合通信拓扑车队一致性分布式预测控制

针对具有状态和控制约束的非线性车队系统的协同一致性稳态问题,提出了混合通信拓扑分布式分层模型预测控制策略。首先,在混合通信方式下,建立车辆动力学非线性偏差模型,为了实现车队系统在行驶中的动态一致性和跟踪稳定性,建立车队系统动态一致性和跟踪稳定性分布式优化问题,通过构造收缩约束使两者相关联,并依此建立动态一致性优化问题递推可行性;然后,应用MPC(Model predictive control)三要素法和滚动时域策略得出车队系统稳定性和一致性稳态的充分条件;最后,通过仿真实验验证了策略的有效性。

有向通信拓扑和时延条件下的无人机集群时变编队控制

针对无人机(UAV)集群在有向通信拓扑和存在通信时延条件下的时变编队控制问题进行了研究。建立了无人机集群二阶离散时间系统模型,基于无人机自身实时信息和相邻无人机带通信时延的状态信息,设计了分布式编队控制协议。通过理论分析,得到了无人机集群能够实现时变编队的充要条件,给出了可行的期望编队的表达式。在集群通信拓扑有生成树的条件下,分析了控制协议中待定参数和状态更新周期满足的耦合约束条件,并给出了参数设计的流程。仿真结果表明:即使在较大的通信时延下,所设计的控制协议也能实现无人机集群时变编队控制,验证了理论分析的正确性和有效性。

有向通信拓扑下海上无人集群分布式编队控制

[目的]为解决海上无人集群在有向通信拓扑条件下的编队控制问题,对无人艇(USV)和无人机(UAV)集群编队跟踪控制问题进行研究。[方法]采用内/外环分层编队控制结构进行系统建模,利用离散时间系统对海上无人集群编队控制问题进行描述,以提高编队控制方法对异构集群的兼容性和实用性。基于虚拟领航者思想,采用基于邻居位置和速度误差反馈的分布式编队控制协议,给出海上无人集群能够实现期望构型和航迹跟踪的充要条件。[结果]仿真结果表明,当通信拓扑存在有向生成树,且在控制协议参数和控制器更新周期满足给定约束条件的情况下,海上无人集群能够实现稳定的编队控制。[结论]所提方法能够适用于海上无人集群在有向通信拓扑条件下的编队控制,具有一定的应用价值。

切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制

研究了在切换通信拓扑条件下的无人机集群构型变换控制问题。基于一致性控制理论,对具有2阶积分特性的无人机集群设计了构型变换控制协议,为使无人机集群能够实现特定构型变换并保持特定速度,在控制协议中引入编队参考向量。给出了在通信拓扑切换情况下无人机集群实现特定构型变换并保持特定速度的充分必要条件。在通信拓扑图保持连通的条件下,利用Lyapunov稳定性理论证明了无人机集群系统稳定性,并利用代数黎卡提方程理论给出了控制协议中参数矩阵的设计方法。数值仿真结果验证了所设计的控制协议有效性。

通信拓扑切换下车辆队列分布式模型预测控制

考虑通信拓扑切换下异质非线性车辆队列系统协同控制问题,提出一种能够保证车辆队列稳定和弦稳定的分布式模型预测控制策略.先结合车辆队列动态通信拓扑切换过程,构建与时间相关的图函数,再利用邻居车辆状态信息描述平均协同代价函数,并将其引入局部滚动时域优化控制问题.进一步,应用平均停留时间概念和切换系统Lyapunov稳定性理论,建立通信拓扑切换下车辆队列闭环系统的内部稳定性和弦稳定性充分条件.最后通过两组典型交通场景的对比仿真验证本文策略的有效性.

基于时变通信拓扑的可再生能源主动配电系统规划模型

在考虑信息通信系统和电力物理系统深度交互耦合的高比例可再生能源主动配电系统中,配电网优化规划决策不可避免地受到通信网络性能的影响。文章提出基于时变通信拓扑的可再生能源主动配电系统规划模型。首先基于电力信息物理深度融合系统和非理想时变通信拓扑特征在高比例可再生能源配电网规划中的作用机理,提出基于多智能体的主动配电系统规划架构;其次引入多智能体系统协同控制方法,研究具有通信时延和攻击行为节点的复杂网络环境下通信时延多智能体系统,提出具有自适应能力的一致性控制方法;最后通过仿真算例验证了所提方法对于具有通信时延和遭遇恶意节点攻击下可再生能源主动配电系统规划安全一致的有效性,并通过电压偏移灵敏度测试,验证了信息传输质量对于物理系统的影响。考虑多智能体主动配电系统物理系统和信息系统的协同规划,有利于配电网安全、可靠、稳定运行,能够为主动配电系统优化规划提供决策依据。

切换通信拓扑下线性多智能体系统的鲁棒协同输出跟踪控制

针对存在外界扰动一类线性多智能体系统,设计了一种鲁棒的分布式输出跟踪控制器。该算法适用于智能体之间的通信拓扑有向且可能时变(切换)的情况。控制器结构包括两部分:第一部分可以保证跟踪误差在理想情况下(不存在外界干扰的情况)一致指数收敛;另一部分用来抵消或减弱实际存在的外界干扰效应。数学上证明了该控制器可以完全抑制常值干扰的影响,即在存在常值干扰的情况下,跟踪误差依然渐近收敛到零;而对于其他类型的导数有界干扰,通过选择设计参数可以保证跟踪误差的最终界可以任意小。最后,通过一个数值仿真实例,验证了这两方面的结论。

基于通信拓扑的社会集群仿真研究展望

群体性事件和网络群体性事件均有社会集群性质,既危害社会稳定又危及国家安全。在技术上,互联网便利的通信方式,极大地助长了社会现实空间、特别是网络虚拟空间社会集群的频繁发生。首先,本文根据群体系统自组织理论,在若干相同或相似因素的驱动下,分析基于通信的社会个体交互形成的特殊群体,并在其集群演化过程中所具有特定的行为特征和时空特征;其次,通过群体通信拓扑关系的深度优先遍历,模拟并揭示社会集群演化过程中的聚集、螺旋和分叉等现象;最后,分别采用社会集群模拟的时空数据挖掘和通信拓扑结构的图挖掘,说明社会集群中的个体和群体在现实空间和虚拟空间的互动作用和演化机制。模拟社会集群的演化过程并分析其时空特征,有助于拆解社会集群的演化,为建立社会集群引发的群体性事件和网络群体性事件的防控性预案,提供理论依据。

多模态网络下多智能体协同控制的通信拓扑重构方法

随着任务目标和工作环境越来越复杂多变,考虑单边网络环境下单个多智能体系统协同控制的局限性,研究面向多模态网络下多智能体协同控制的通信拓扑重构方法。首先,在多模态网络环境下基于多智能体系统构建多边化分布式协同控制框架。其次,针对组网后多个具有不同功能的多智能体系统,提出一个通信拓扑重构方法,并设计一个分布式控制协议,使其实现多一致性。最后,通过仿真算例来验证所提方法可以在多模态网络下完成多智能体协同控制的通信拓扑重构。

基于网络复杂性的最小刚性编队通信拓扑生成

基于编队通信拓扑的网络复杂性,提出了一种多智能体系统最小刚性编队通信拓扑生成算法。首先基于刚度矩阵生成最小刚性编队通信拓扑的方式,找出智能体编队的最小刚性通信拓扑集;然后从降低通信消耗等方面建立网络复杂性评价指标,采用熵权法对各指标权重进行求解,给出网络复杂性的计算方法;基于此评价指标,在最小刚性通信拓扑集中找出网络复杂性最小的编队通信拓扑。仿真结果表明,该算法能有效减少编队通信拓扑网络复杂性,简化通信拓扑结构。