基于有向通信拓扑的高阶分布式一致性算法

为了提高有向通信拓扑下分布式一致性算法的收敛速度,提出了一种基于有向通信拓扑的高阶分布式一致性算法。该算法通过有向单跳通信,利用有向二跳邻接节点的前多步信息提高分布式一致性算法的收敛速度。对有向通信拓扑下该算法的收敛性能和收敛速度进行了分析和仿真比较。结果显示,该算法在满足一定条件下能收敛到初始状态的平均值,与其他同样利用二跳邻接节点信息的一致性算法相比,具有通信量小、收敛速度更快的特点,但是能容忍的最大通信延时变小。     

伪多跳中继分布式一致性算法

为了提高分布式一致性问题的收敛速度, 减少节点间的通信成本, 本文提出一种分布式一致性算法. 新算法采用单跳通信, 利用非邻接节点的前状态信息进行节点状态更新. 本文证明了在无向通信拓扑下新算法的一致性收敛, 并分析计算了新算法的通信量以及收敛速度的变化. 通过理论分析和仿真验证, 结果表明新算法具有收敛速度快, 通信方式简单, 通信量少, 存在通信延时情况下通信数据不容易丢失等优点.     

能量高效的无线传感器网络分布式分簇一致性滤波算法

针对无线传感器网络中节点能量有限的特点,利用分簇模型提出了一种新的能量高效的分布式卡尔曼一致性滤波算法.并结合图论、矩阵论对该算法进行了收敛分析,得出了分簇处理能加快系统的收敛速度,且能有效地减少节点间信息的传输量、缩短节点间的通信距离的结论.为进一步降低能量消耗,引入Gossip 算法用于处理簇头级网络信息的一致性问题.仿真分析表明,所提出的算法不仅具有优越的估计性能,而且能有效地减少节点能量消耗,延长无线传感器网络的寿命.     

机坪感知网络的快速收敛平均一致性时间同步算法

针对机坪感知网络（APSN）的传统平均一致性时间同步算法（ATS）因其分布式迭代特点而导致收敛速度慢、算法效率低的问题,基于代数连通度影响一致性算法收敛速度的原理,提出了一种可快速收敛的平均一致性时间同步算法（FCATS）。首先,在APSN内的双跳邻居节点间添加虚拟链路来增加网络的连通性;然后,基于单跳与双跳邻居节点信息对节点的相对时钟偏斜、逻辑时钟偏斜与偏移进行更新;最后,根据时钟参数更新过程进行一致性迭代。仿真结果表明,FCATS经过一致性迭代能够得到收敛,与ATS相比,在收敛速度上提升了50%左右,在不同拓扑条件下收敛速度能够提升20%以上,可见收敛速度得到了明显改善。     

机坪感知网络的快速收敛平均一致性时间同步算法

针对机坪感知网络（APSN）的传统平均一致性时间同步算法（ATS）因其分布式迭代特点而导致收敛速度慢、算法效率低的问题，基于代数连通度影响一致性算法收敛速度的原理，提出了一种可快速收敛的平均一致性时间同步算法（FCATS）。首先，在APSN内的双跳邻居节点间添加虚拟链路来增加网络的连通性；然后，基于单跳与双跳邻居节点信息对节点的相对时钟偏斜、逻辑时钟偏斜与偏移进行更新；最后，根据时钟参数更新过程进行一致性迭代。仿真结果表明，FCATS经过一致性迭代能够得到收敛，与ATS相比，在收敛速度上提升了50%左右，在不同拓扑条件下收敛速度能够提升20%以上，可见收敛速度得到了明显改善。     

一种基于节点多可用下一跳的分级收敛算法*

为了缩短网络的收敛时间,基于多径路由算法产生的节点多可用下一跳,提出了一种分级收敛算法。该算法将收敛划分为本节点收敛、上游邻接节点收敛和全网收敛三个等级,前两种收敛在保证报文正常转发的情况下不触发全网收敛。仿真结果表明,分级收敛算法能很好地缩短收敛时间,对于比较稀疏的网络,单链路故障触发的全网收敛虽不可避免,但仍有一定比例的链路故障只触发局部收敛,提高网络性能。     

基于遗传算法的可扩展应用层组播树构建

在应用层组播中,为降低节点的路径延时,通常采用遗传算法和启发式算法来减小组播树直径的方法,但在组播树具有大规模节点数时,遗传算法收敛时间长,而采用启发式算法难以在有约束条件下达到全局最优.本文在具有超节点的双层应用层组播模型基础上,提出了利用遗传算法构建出度受限最小带权路径延时生成树（MWPL-DC-ST）的生成算法GA-MWPL-DC-ST,利用该算法可在超节点上对双层组播树进行分布式构建,从而将求最优解问题的巨大计算量分担到多个超节点上.算法中的初始化、杂交和变异阶段采用启发式算法,对变异参数进行适应性调整,加快了算法的收敛速度.仿真试验表明,本文提出的双层应用层组播模型和GA-MWPL-DC-ST算法能得到比启发式算法更优的解,与采用单层模型的遗传算法相比较,显著降低了算法收敛时间,解决了遗传算法构建有大规模节点数的应用层组播树的可扩展性问题.     

无线传感器网络中带延时的一致性时间同步

针对无线传感器网络(WSNs)中节点间通信存在传输延迟,影响同步精度的情况,将加权平均应用于相对时钟斜率的计算,提出了一种带延时的一致性时间同步算法.该算法中每个传感器节点通过与邻居节点通信交换时钟信息,根据一致性理论更新时钟参数,从而到达时间同步的目的.研究了在假定传输延时服从正态分布的情况下对一致性时间同步算法的影响,提出的算法降低了延时对同步精度的影响,Matlab仿真验证了该算法的有效性.     

基于邻居表的ZigBee网络树路由改进算法

针对ZigBee网络树路由算法路由跳数多、数据传输延时长等问题,提出一种基于邻居表的ZigBee网络树路由改进算法。借助一跳邻居节点地址信息,建立邻居节点选择策略,在节点的一跳邻居节点中,选择到达目的节点树路由跳数最少的邻居节点作为下一跳转发节点。在树路由跳数相同时,选取LQI值大的节点为下一跳转发节点。理论分析结果表明,该算法路由路径优于树路由算法和ITRA算法路由路径;实验结果表明,该算法能很好地减少转发节点个数,提高了网络数据传输的可靠性,达到网络性能提高的目的。     

水下声学传感器网络节点定位算法及自组织过程研究

针对水下声学传感器网络中锚节点稀少的问题,给出了一种分布式的水下节点自定位算法.为配合定位算法的完成,提供定位过程所需的邻接信息表等信息,提出了一种分布式的并发数据传播算法,并针对该数据传播算法中存在的通信冲突问题,给出了冲突解决策略.仿真试验验证了上述两种方法配合完成水下节点定位的可行性和有效性.     

Consensus of linear multi-agent systems with reduced-order observer-based protocols

This paper considers the consensus problems for both continuous- and discrete-time linear multi-agent systems with directed communication topologies. Distributed reduced-order observer-based consensus protocols are proposed, based on the relative outputs of neighboring agents. A multi-step algorithm is presented to construct a reduced-order protocol, under which a continuous-time multi-agent system whose communication topology contains a directed spanning tree can reach consensus. This algorithm is further modified to achieve consensus with a prescribed convergence rate. These two algorithms have a favorable decoupling property. In light of the modified algebraic Riccati equation, an algorithm is then given to construct a reduced-order protocol for the discrete-time case.     

Stability and convergence analysis of multi-agent consensus with information reuse

In this article, we study multi-agent consensus algorithms with information reuse by intentionally introducing the outdated state information into the traditional consensus algorithms. In the continuous-time case, we first show that the outdated state information combined with the current state information does not necessarily jeopardise the stability of a single system, but may improve the convergence speed without increasing the maximal control effort. Then this idea is extended from the single-agent case to the multi-agent case. When the directed communication graph is fixed, the corresponding Laplacian matrix and the outdated state information satisfy certain conditions, we show that the consensus algorithm with both the current and outdated states can achieve a faster convergence speed than the standard one. We also consider the case of a switching directed communication graph and derive corresponding conditions. In the discrete-time case, we propose a discrete-time consensus algorithm with both the current and outdated states under an undirected fixed communication graph. We then derive conditions on the communication graph, the sampling period and the outdated state information such that the proposed algorithm can achieve a faster convergence speed than that using the standard one. In both the continuous-time and discrete-time settings, we show that the maximum control efforts for the proposed consensus algorithms are identical to those for the standard ones. Several simulation examples are presented as a proof of concept.     

高阶离散多智能体系统在参数不确定和带外部干扰下的鲁棒H∞一致性控制

研究了高阶离散多智能体系统的在参数不确定和带外部干扰下的H_∞鲁棒一致性控制问题,同时提出线性分布式一致性协议.首先将该问题转化为一组不确定系统的H_∞鲁棒控制问题.其次推导出线性矩阵不等式在参数为γ的H_∞鲁棒一致性意义下的充分条件.第三,给出了所提出一致性协议在不带外部干扰,参数不确定的高阶离散线性多智能体系统中的收敛效果.最后,通过包含和不包含参数不确定系统的对比仿真实验说明了理论结果的正确性和有效性.     

快速平均一致与多采样率下储能系统精准功率分配

针对智能电网中储能系统分布式功率分配问题, 本文提出融合了快速平均一致与多采样率的离散时间控制策略, 使各储能电池以相同相对剩余电量状态(SoC)变化率进行充放电. 为了仅用局部通信得到计算功率分配值需要的全局平均值, 在储能电池拓扑结构已知和未知两种情况下, 本文分别采用了有限时间平均一致算法和具有最优收敛率的平均一致算法. 在储能电池单个控制周期内, 平均一致算法以小于电池控制周期的采样周期进行多步迭代, 从而得到精确的估计值, 实现各储能电池的精准功率分配. 不同于传统连续时间控制方法仅给出平均一致算法的收敛性分析, 本文不仅建立了单个控制周期内快速平均一致算法的收敛率表达式, 而且给出了包含储能电池动力学和平均一致算法的整个控制系统的渐近稳定性分析. 所提方法能够更快速、更精准地实现基于相同相对SoC变化率的功率分配. 最后, 本文通过多组仿真实验验证了所提方法的有效性.     

DoS攻击下具备隐私保护的多智能体系统均值趋同控制

均值趋同是一种广泛应用于分布式计算和控制的算法, 旨在系统通过相邻节点间信息交互、更新, 最终促使系统中所有节点以它们初始值的均值达成一致. 研究拒绝服务(Denial-of-service, DoS)攻击下的分布式离散时间多智能体系统均值趋同问题. 首先, 给出一种基于状态分解思想的分布式网络节点状态信息处理机制, 可保证系统中所有节点输出值的隐私. 然后, 利用分解后的节点状态值及分析给出的网络通信拓扑条件, 提出一种适用于无向通信拓扑的多智能体系统均值趋同控制方法. 理论分析表明, 该方法能够有效抵御DoS攻击的影响, 且实现系统输出值均值趋同. 最后, 通过仿真实例验证了该方法的有效性.     

组合控制协议增强多智能体系统一致性

针对离散时间下基于切换拓扑多智能体系统一致性问题,设计出一种基于约束集虚拟邻居选取分布式一致性协议。该协议中,智能体采用通信扇区机制构造出虚拟邻居作为控制协议输入进行状态演化,并设计智能体调整因子的取值方式。在此基础上,智能体通过约束集保持初始通信拓扑的连接边来保证系统的连通性。最后,理论分析与大量仿真实例结合,与经典模型进行比较,验证了新的一致性协议的有效性,表明其可增强系统一致性,减少系统收敛的簇,并提高系统的一致性收敛速度。