【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及通信，具体涉及一种考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法和系统。
技术介绍
1、随着科技的发展，智能体的应用在军事领域、智能交通、航海巡查、物流车辆等越来越多的领域广受欢迎。在利用智能体进行工作时，控制智能体编队保持一定的队形进行工作是至关重要的一环。智能体之间通过通信链接进行点对点的信息交互，达到在整个任务期间保持队形的目的。
2、智能体之间的信息交互由于信息发送方需要放大器放大功率来使接收方收到信息，信息发送方消耗的功率大于接收方，所以收发双方的通信连接是非对称的，那么它们通信所需要消耗的能量也是非对称的。为了更好的延长智能体编队保持队形的时间，对智能体编队的通信拓扑进行优化是有现实价值意义的。
3、持久编队是多智能体编队保持队形的控制方法的一种，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。
4、但是，现有的针对智能体编队通信拓扑的优化方法，并不能提供一个最优的通信拓扑，仍存在着较大的优化空间可以进一步的降低智能体编队的通信能耗。例如，航空学报公开的《能耗均衡的三维最优持久编队通信拓扑生成》论文中采取了弧添加的操作去构建持久编队的通信拓扑。该方法基于一种贪心的思想，使得整体编队的通信能耗仍然存在着可优化的空间。
5、因此，亟需一种最优持久图生成方法，以降低三维持久编队的通信能耗。
技术实现思路
1、(一)解决的技术问题
2、针对现有技术的不
3、(二)技术方案
4、为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
5、第一方面，本专利技术提供一种考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法，所述方法包括：
6、s1、获取三维持久编队的初始加权有向图d，并基于所述初始加权有向图d获取对应的第一持久图g1；
7、s2、基于所述第一持久图g1构建第二持久图g2；其中，所述第二持久图g2中的节点集合、有向边集合均与所述第一持久图g1相同；
8、所述第二持久图g2中弧权值集合的获取过程包括：计算所述第一持久图g1中每一弧的反向弧权值减去正向弧权值的差值，作为所述第二持久图g2中对应弧的权值，以得到弧权值集合；其中，所述正向弧权值表示所述第一持久图g1中有向边的弧权值；所述反向弧权值表示为将所述第一持久图g1中有向边的方向进行反转后的弧权值，且通过初始加权有向图d获得；
9、s3、将第二持久图g2中的负环路进行路径反转操作，以得到负环路为空的三维持久图，作为第三持久图g3；
10、s4、从所述第三持久图g3中选取入度为0、1、2的全部节点，作为第一节点集合；所述第一节点集合中每一节点依次作为出发点，计算当前出发点到第三持久图g3中的其他任一节点的最短路径，选取并保留所有最短路径中总弧权值最小且为负值的路径作为待反转路径；
11、s5、对所述待反转路径进行路径反转，得到更新后的第三持久图；
12、s6、对更新后的第三持久图重复执行步骤s4-s5，直至所述最短路径中的最小总弧权值为正值，并将对应更新后的第三持久图作为第四持久图g4；
13、s7、将所述第四持久图g4中每一弧的弧权值更改为在所述初始加权有向图d中相同弧的弧权值，以更新所述第四持久图g4的弧权值集合，得到第五持久图g5，作为三维最优持久图。
14、可选的，所述初始加权有向图d＝(v，a，w)；
15、其中，v表示初始加权有向图中节点的集合，vi∈v，i∈[1，n]，vi表示编队中的第i个节点，n表示二维持久编队中节点的总数量；
16、a表示初始加权有向图中有向边的集合，aij∈a，且i，j∈[1，n]，i≠j，aij表示在加权有向图中，节点vi向节点vj进行信息传递的有向边；
17、w表示初始加权有向图中弧权值的集合，且i，j∈[1，n]，i≠j，表示有向边aij的弧权值；
18、第一持久图g1＝(v1，a1，w1)；其中，v1表示第一持久图中节点的集合、a1表示第一持久图中有向边的集合、w1表示第一持久图中弧权值的集合；
19、第二持久图g2＝(v2，a2，w2)；其中，v2表示第二持久图中节点的集合，且v2＝v1、a2表示第二持久图中有向边的集合，且a2＝a1、w2表示第二持久图中弧权值的集合。
20、可选的，所述步骤s5中对所述待反转路径进行路径反转，得到更新后的第三持久图，包括：
21、s501、将所述待反转路径对应的有向边进行反转；
22、s502、将反转后的路径代替所述待反转路径，得到更新后的第三持久图。
23、第二方面，本专利技术提供一种考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化系统，所述系统包括：
24、第一获取模块，用于执行s1、获取三维持久编队的初始加权有向图d，并基于所述初始加权有向图d获取对应的第一持久图g1；
25、第一构建模块，用于执行s2、基于所述第一持久图g1构建第二持久图g2；其中，所述第二持久图g2中的节点集合、有向边集合均与所述第一持久图g1相同；
26、所述第二持久图g2中弧权值集合的获取过程包括：计算所述第一持久图g1中每一弧的反向弧权值减去正向弧权值的差值，作为所述第二持久图g2中对应弧的权值，以得到弧权值集合；其中，所述正向弧权值表示所述第一持久图g1中有向边的弧权值；所述反向弧权值表示为将所述第一持久图g1中有向边的方向进行反转后的弧权值，且通过初始加权有向图d获得；
27、第一反转模块，用于执行s3、将第二持久图g2中的负环路进行路径反转操作，以得到负环路为空的三维持久图，作为第三持久图g3；
28、路径选取模块，用于执行s4、从所述第三持久图g3中选取入度为0、1、2的全部节点，作为第一节点集合；所述第一节点集合中每一节点依次作为出发点，计算当前出发点到第三持久图g3中的其他任一节点的最短路径，选取并保留所有最短路径中总弧权值最小且为负值的路径作为待反转路径；
29、第二反转模块，用于执行s5、对所述待反转路径进行路径反转操作，得到更新后的第三持久图；
30、第一更新模块，用于执行s6、对更新后的第三持久图重复执行步骤s4-s5，直至所述最短路径中的最小总弧权值为正值，并将对应更新后的第三持久图作为第四持久图g4；
31、权值更改模块，用于执行s7、将所述第四持久图g4中每一弧的弧权值更改为在所述初始加权有向图d中相同弧的弧权值，以更新所述第四持久图g4的弧权值集合，得到第五持久图g5，作为三维最优持久图。
32、可选的，所述初始加权有向图d＝(v，a，w)；
33、其中，v表示初始加权有向图中节点的集合，vi∈v，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法，其特征在于，所述初始加权有向图D＝(V，A，W)；
3.根据权利要求1所述的考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤S5中对所述待反转路径进行路径反转，得到更新后的第三持久图，包括：
4.一种考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化系统，其特征在于，所述初始加权有向图D＝(V，A，W)；
6.根据权利要求1所述的考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化系统，其特征在于，所述第二反转模块，包括：
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；存储器，用于存放计算机程序；处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-3任一所述考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3任一所述考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法的步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法，其特征在于，所述初始加权有向图d＝(v，a，w)；
3.根据权利要求1所述的考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化方法，其特征在于，所述步骤s5中对所述待反转路径进行路径反转，得到更新后的第三持久图，包括：
4.一种考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化系统，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的考虑能耗均衡的无人机持久编队通信拓扑优化系统，其特征在于，所述初始加权有向图d＝(v，a，w)；
...【专利技术属性】
技术研发人员：王国强，薛山，程诚，阮以升，应梓晨，刘舒彤，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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