【技术实现步骤摘要】
一种智能无人系统集群的可扩展分布式架构及自组织方法
本专利技术涉及智能无人系统
，具体涉及智能无人系统集群的可扩展分布式架构及自组织方法。
技术介绍
随着无人系统应用的场景和任务日趋复杂，单个无人系统已经不能够满足需要，复杂任务需要多个无人系统相互配合，形成集群，共同完成任务。要将无人系统集群平台、功能模块、数据等要素组织起来，使集群能够发挥出更大的效能，是构建集群系统时要解决的核心问题，但不前对此问题的研究很不充分。现有研究中无人系统集群通常采用的架构有集中式架构和分布式架构两种。集中式架构是指由一台或多台主计算机组成中心节点，数据集中存储于这个中心节点中，并且整个系统的所有业务单元都集中部署在这个中心节点上，系统所有的功能均由其集中处理。例如胡建章等学者在水面无人艇集群及其控制方法研究中采用集中式的控制架构，岸站作为中心节点，每艘无人艇只能通过接收岸站的指令，各艇间无信息交互，无人艇需要按照预先规划的路径进行航行。然而当岸站与各艇间通信出现延迟甚至断开时，无人艇集群无法正常执行任务，并且该方法不具有...
【技术保护点】
1.一种智能无人系统集群的可扩展分布式架构及自组织方法，其特征是，包括无人系统集群的柔性三层可扩展分布式架构和无人系统集群的动态自组织方法两部分。/n
【技术特征摘要】
1.一种智能无人系统集群的可扩展分布式架构及自组织方法，其特征是，包括无人系统集群的柔性三层可扩展分布式架构和无人系统集群的动态自组织方法两部分。
2.根据权利要求1所述的智能无人系统集群的可扩展分布式架构及自组织方法，其特征是，所述无人系统集群的柔性三层可扩展分布式架构具体包括：
(1)集群的基本结构与组成
一种适应“1+C+X”模式的柔性三层可扩展分布式架构，其中，包含1个集群的全局领队节点，C为候补领队节点结合，X为一般无人系统个体成员集合，柔性包括两方面含义：第一，成员角色不是一成不变的，是可以根据需要动态调整的；第二，三层结构是可变的，紧急情况可以越层调度，根据任务需要和观测条件可实现“三层结构两级控制”、“两层/三层混合结构与直辖/二级混合控制”以及“二层结构直辖控制”三种结构和控制模式的自动重构；
(2)集群中各类成员数量的计算方法
C和X的个数可按如下方法确定：设无人系统集群规模为N，C由系统可靠性指标确定，如“体系架构支持集群成员在损失或增加x％情况下，集群系统保持稳定”，则C的个数|C|按确定，其中表示向上取整，X的个数|按|X|＝N-1-|C|确定，如此设计，可以确保在系统成员(包括领队和候补领队)有损毁时，集群全局信息仍然能被保留下来，通过动态重组和备份机制可以重新组织集群继续执行协同任务；
(3)集群中的无人系统角色与职责
全局领队的设计职责为：
①掌握全局资源，负责维护全局资源数据库(包括无人系统数据量、分组、角色等)；
②负责全局任务规划、分配、协调；
③考虑观测范围限制等因素，领队主要与候补领队保持通信关系，但与普通无人系统保留通信通道，紧急情况可直接通信；
候补领队设计3重角色，除共同具有普通无人系统的作业功能外，还额外承担3类不同的职责：
①全局领队的备份，能够实时同步更新全局资源数据库；
②局部领队，负责小组任务分配、局部冲突协调；
③普通无人系统，具有作业执行功能；
(4)全局数据库
全局数据库主要用于管理与系统组成和配置有关的全局参数，包括无人系统数据量、分组、角色、能力；
其中，单个无人系统能力的描述和存储结构采用知识图谱汇中用“实体-属性-属性值”结构进行数据存储的思想，设计为“无人系统ID-能力属性-能力属性”模式，具有非常好的扩展性；
其他数据的存储采用常规关系数据库二维表结构即可实现；
数据库由领队负责更新和维护，更新后，是指完成一次数据库事务处理后，以保证数据完整性，实时发给候补领队备份。
3.根据权利要求1所述的智能无人系统集群的可扩展分布式架构及自组织方法，其特征是，所述无人系统集群的动态自组织方法具体包括：
通过建立与无人系统出席情况考勤、集群系统角色任免和动态自组织运行保障相关的3大类共13个运行机制，对集群成员的动态损失和增加提供全面支持：
(1)注册机制：触发条件为新的无人系统加入集群；发起主体是新加入的无人系统；应答主体是全局领队或局部领队；运行内容为当新加入的无人系统向全局领队注册，暂无法与全局领队直接通信时，可向局部领队注册，局部领队向全局领队汇总注册信息，注册信息中包括新加入无人系统的标识信息和能力描述；
(2)签到机制：触发条件为到设定的...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，林烊，史长亭，沈晶，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23
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