基于编队控制的自适应HELLO更新算法

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1、2016年10月北京航空航天大学学报October2016第42卷第10期JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsV01．42No．10http：∥bhxb．buaa．edu．anjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2015．0645基于编队控制的自适应HELLO更新算法黄绍城，马林华+，茹乐，蔡钊，张嵩，胡星(空军工程大学航空航天工程学院，西安710038)摘要：在无人机(UAVs)编队自组织网络中，针对无

2、人机之间位置信息更新周期不合理，从而导致编队控制不稳定和控制开销过大的问题，提出一种基于无人机编队控制的自适应HELLO更新算法。该算法应用编队控制稳定性理论推导出无人机组成期望编队的控制延时上限，结合该延时上限和编队运动状态自适应地设定HELLO更新周期。仿真结果表明，本文提出的算法与固定HELLO更新周期算法相比，既能保证在组编控制过程的稳定性，又能实时维护稳定阶段的链路，并且显著减少网络中不必要的控制开销。关键词：无人机(UAVs)编队；控制开销；延时上限；自适应；HELLO中图分类号：TP393．04文献标识码：A文章编

3、号：1001-5965(2016)10-2155-07在航空自组织网络中，随着定位装置和定位算法发展的成熟，基于地理位置信息的主动式路由协议(OptimizedLinkStateRoutingprotocol，OLSR)由于能主动进行周期性链路探测和路由维护而在动态网络环境下展现出较大的优势¨。。其中一个关键就是个体之间位置信息的更新和拓扑的维护主要通过HELLO消息的交互旧。3J。虽然使用较短的更新周期能较快地维护邻居列表和链路信息，但是过短的周期则会增加不必要的控制开销H“。文献[6]通过实际硬件测试发现，HELLO的更新周

4、期对整个网络吞吐量性能影响非常大。标准的OLSR协议允许不同的节点具有不同的HELLO更新周期，但是具体的实现方案和操作过程并没有给出。Fast．OLSR¨1通过增加短周期HELLO信息类型来适应网络节点的高速运动，主要根据节点与邻居节点的高速相对运动基础信息来设定控制信息的更新周期。虽然其在一定程度上减少路由开销，却增加了一个新的HELLO信息类型，而且仅有两种固定周期并不能很好适应链路和拓扑变化情况。文献[8]提出的动态自适应间隔的OLSR协议，即IOLSR协议，其中每个节点都能根据本地的链路状况自适应地调整HELLO周期。

5、虽然这在一定程度上减少了控制开销，却没有适应编队的拓扑结构，即不能很好地适应真正的网络实时需求。文献[9]提出了基于链路中断概率的自适应信标交换算法，主要根据理想运动模型来预测链路，并不适用于实际的节点运动状态。以上的HELLO更新算法能适应一定的移动环境，却没有考虑编队组网中飞行控制所需要的位置更新需求。目前，无人机编队飞行控制研究主要采用长机．僚机控制方法和一致性协调控制方法。长机．僚机控制方法通过控制长机，按预定轨迹飞行，并由长机对僚机下达命令，使得僚机跟随长机并以固定的编队结构一起飞行。该方法易于理解和实现，但鲁棒性较弱

6、，一旦长机出现故障，则整个编队的控制将失效。一致性协议是多智能体协调控制研究的热点之一，它是指智能体通过邻域中其他智能体的状态信息决定自身的状收稿日期：2015-10-08；录用日期：20164)14)8；网络出版时间：2016-03-1514：28网络出版地址：WWW．cnki．net／kems／detail／11．2625．V．20160315．1428．003．html基金项目：国家自然科学基金(61472442)；航空科学基金(20130596008，20145596025)；综合业务网理论及关键技术国家重点实验室研究课

7、题(ISNll5-13)}通讯作者：Tel．：029-84787700E-mail：malinhual965@163．com引用格式：黄绍城，马林华，茹乐，等．基于编从控制的自适应HELLO更新算法fJJ．北京航空航天大学学报，2016，42(10)：2155—2161．HUANGSC，MALH，RUL，eta1．Formationcontrol—basedadaptiveupdatealgorithmofHELLOmessagefJJ．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstr

8、onautics，2016，42(10)：2155-2161(inChinese)．2156北京航空航天大学学报2016年态，并最终使其状态达到一致的方法¨0

9、。其中位置信息的周期性相互交换是保证其一致性运动的必要条件。对于编队控制而言，通信上过长的更新周期而导