本發(fā)明屬于無線通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無人移動平臺群體分布式的構(gòu)建規(guī)則格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞姆椒ā?/p>

背景技術(shù)：

無人移動平臺群體由多個無人移動平臺構(gòu)成，這些無人平臺可以使無人車、無人機(jī)、無人艦船以及可移動機(jī)器人等。每個無人移動平臺都配備有無線通信裝置來交互必須的指令或者信息。多個無人移動平臺構(gòu)成一個群體協(xié)同行動具有單個群體無法比擬的群體優(yōu)勢，有廣闊的應(yīng)用場景，比如更快的完成對制定區(qū)域的遙感遙測和人員搜救，可以更高效的完成物資運輸，也可以更健壯的應(yīng)對可能的威脅或個體平臺故障。

在很多場景中，需要無人移動平臺群體構(gòu)成一個格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌热缍鄠€無人平臺協(xié)作運輸一個較重的物資，協(xié)作完成對某一區(qū)域的信息收集，或者共同進(jìn)行建設(shè)等等，而且無人移動平臺群體構(gòu)成一個規(guī)則的格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢允褂酶唵胃咝У穆酚蓞f(xié)議，從而減少網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議開銷?，F(xiàn)有的方法中，使多無人平臺構(gòu)成規(guī)則的格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，大部分是靠一個中心控制器來完成，有少量工作嘗試不依靠控制器而讓無人平臺分布式的構(gòu)成格型拓?fù)?，但帶來的問題一是消耗的時間長，二是最終形成的格型拓?fù)湟膊⒉粶?zhǔn)確。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的現(xiàn)有無人移動平臺群體拓?fù)錁?gòu)建要么需要中心控制器統(tǒng)一控制完成，要么分布式實現(xiàn)既不準(zhǔn)確又耗時的技術(shù)問題，本發(fā)明的目的是提供一種無人移動平臺群體分布式格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建方法。本發(fā)明僅需要相鄰的平臺間交互各自的位置信息，不需要其他任何集中控制，各平臺分布式控制自己的移動方向和速度，最終可快速構(gòu)建規(guī)則的格型拓?fù)洹?/p>

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

首先本發(fā)明基于以下常用且切合實際的假設(shè)：(1)每個無人移動平臺都配備了至少一個無線通信裝備可與鄰居無人移動平臺完成信息交互；(2)每個無人移動平臺都知道自己所處的位置，比如通過GPS、北斗系統(tǒng)或者錨節(jié)點定位；(3)每個無人移動平臺事先都知道一個公共參考點的位置、與相鄰無人移動平臺可靠通信的最大距離，以及自己的最大移動速率。

進(jìn)一步地，一種無人移動平臺群體分布式格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建方法，包括以下步驟：

S1，無人移動平臺群體中的每個無人移動平臺都利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中常用的HELLO廣播包周期性的向鄰居無人移動平臺(即處于通信距離內(nèi)的移動平臺)廣播自己的位置信息；

設(shè)無人移動平臺群體中的任一無人移動平臺n_i通過HELLO廣播包向鄰居無人移動平臺廣播自己的位置信息(x_i,y_i)；

S2，每個無人移動平臺根據(jù)一個設(shè)定的參考點的位置、收到的鄰居無人移動平臺位置和自身位置三方面的信息來計算自己的所受到的虛擬力；

首先，無人移動平臺n_i根據(jù)下式計算自己所受到的來自參考點的虛擬吸引力

其中(x₀，y₀)為參考點的坐標(biāo)；該虛擬吸引力的方向為從無人移動平臺n_i指向參考點；

然后，根據(jù)下式計算來自鄰居無人移動平臺n_j(其坐標(biāo)為(x_j，y_j))的虛擬排斥力：

式(2)中R_d為相鄰無人移動平臺間可靠通信的最大距離，R_i,j按照下式計算

虛擬排斥力的方向為從鄰居無人移動平臺n_j指向無人移動平臺n_i。

進(jìn)而，通過下式的矢量求和來計算無人移動平臺n_i受到其所有鄰居無人移動平臺的總的虛擬排斥力

其中為n_i的鄰居無人移動平臺的集合。

最后，根據(jù)下式來計算它所受到的虛擬力的合力

S3，每個無人移動平臺將計算得到的虛擬力轉(zhuǎn)換為自己的移動方向和移動速度，并進(jìn)行移動。

無人移動平臺n_i根據(jù)下式計算其運動速度v_i

其中U_i為無人移動平臺n_i的最大移動速度。

計算得到無人移動平臺n_i的運動速度v_i后，無人移動平臺n_i調(diào)整自己的移動速度為v_i，其移動方向為虛擬力合力的方向。

然后，記錄下本次移動的方向，并比較本次移動方向于上次移動方向的角度差，當(dāng)角度差小于π/2時，Cth＝0；否則，Cth＝Cth+1；

上述S1-S3三個步驟迭代進(jìn)行，直到無人移動平臺滿足停止條件便停止運動。當(dāng)所有無人移動平臺都滿足了停止條件，整個網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)成圍繞著參考點的規(guī)則的格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

所述無人移動平臺的停止條件包括兩個，兩個停止條件任一個得到滿足無人移動平臺便停止運動。

停止條件為：

(i)在S2中通過式(5)計算得到的虛擬合力小于閾值10；

(ii)S3中的Cth的值大于20，即無人移動平臺n_i連續(xù)移動方向夾角超過π/2的次數(shù)大于20。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

本發(fā)明克服現(xiàn)有無人移動平臺拓?fù)錁?gòu)建要么需要中心控制器統(tǒng)一控制完成，要么分布式實現(xiàn)既不準(zhǔn)確又耗時的缺點，提供一種簡單的、既適應(yīng)于二維空間也適應(yīng)于三維空間的無人移動平臺分布式格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)建方法。仿真實驗證明本發(fā)明具有可行性，能簡單有效的使無人移動平臺組成的集群分布式的構(gòu)成格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程示意圖；

圖2是無人移動平臺構(gòu)成格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)過程。

圖3是基于本發(fā)明的拓?fù)錁?gòu)建收斂速度隨著無人移動平臺個數(shù)的變化情況。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1是本發(fā)明的流程圖。每個無人移動平臺在初始化過程中設(shè)置Cth＝0，然后開始進(jìn)入迭代循環(huán)。在迭代循環(huán)過程中，首先，每個無人移動平臺都向鄰居無人移動平臺(即處于通信距離內(nèi)的無人移動平臺)廣播自己的位置信息；然后，每個無人移動平臺根據(jù)事先已知的參考點的位置、收到的鄰居無人移動平臺位置和自身位置三方面的信息來計算自己的所受到的虛擬力；最后，每個無人移動平臺將計算得到的虛擬力轉(zhuǎn)換為自己的移動方向和移動速度，并調(diào)整移動。上述三個步驟迭代進(jìn)行，直到無人移動平臺滿足停止條件便停止運動。當(dāng)所有無人移動平臺都滿足了停止條件，整個網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)成圍繞著參考點的規(guī)則的格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

圖2給出了50個無人移動平臺構(gòu)成格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭討B(tài)過程。圖中每個圓圈代表一個無人移動平臺，正方形表示參考點。圓圈間的連線表示它們是相鄰無人移動平臺(即處于通信距離內(nèi)，可以直接進(jìn)行通信)。圖2(a)是網(wǎng)絡(luò)的初始狀態(tài)，每個無人移動平臺都隨機(jī)的散落在一個區(qū)域內(nèi)；圖2(b)和(c)分別是本發(fā)明方法運行20秒和50秒后的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)圖，多個無人移動平臺逐漸向參考點位置靠攏并形成格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?；圖2(d)為經(jīng)過258秒所有無人移動平臺都停止后的狀態(tài)圖，可以看到這個50個無人移動平臺形成了規(guī)則的格型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

圖3是基于本發(fā)明的拓?fù)錁?gòu)建收斂時間隨著無人移動平臺個數(shù)的變化情況。收斂時間隨著平臺個數(shù)的增加而增加，但增加呈緩慢的線性，并且當(dāng)無人移動平臺個數(shù)達(dá)到100個時，用時也不會超過370秒。

以上包含了本發(fā)明優(yōu)選實施例的說明，這是為了詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)特征，并不是想要將發(fā)明內(nèi)容限制在實施例所描述的具體形式中，依據(jù)本發(fā)明內(nèi)容主旨進(jìn)行的其他修改和變型也受本專利保護(hù)。本發(fā)明內(nèi)容的主旨是由權(quán)利要求書所界定，而非由實施例的具體描述所界定。