一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法技术

发明专利技术公开了一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法，该方法是在UWB通信协议的基础上，每个智能体代表一个节点，所述节点的状态包括待机状态、外监听状态、主令牌状态和从监听状态，通过各个节点之间的令牌竞争或令牌顺序传递，使无线网络中动态保持有且只有一个主令牌节点，主令牌节点执行多令牌检测任务和测距与通信管理任务，其它节点通过监听主令牌节点与从监听节点之间测距通信所产生的过程数据和网络管理表数据，进而建立多智能体的全局状态信息，并依据全局状态信息完成智能体各自的个体任务；本发明专利技术提高了多智能体通信和测距定位效率，并且保证足够的鲁棒性，动态调整智能体的角色来维护整个网络，实现通信和测距一体化。测距一体化。测距一体化。

【技术实现步骤摘要】
一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法


[0001]本专利技术涉及多智能体自组网的
，尤其是指一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法。

技术介绍

[0002]多智能体在集体协作作业过程中，各智能体相互之间的通信和定位是多智能协作的基础。图1是多个智能体在一个空间中，采用IEEE 802.15.4
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2011（ultra
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wideband，UWB，超宽带）作为MAC（media access control, MAC, 介质访问控制）层和物理层通信标准的相互通信结构图，没有固定的基站，各个智能体地位平等，需要自组织地实现相互之间的通信和测距定位。虽然采用IEEE 802.15.4
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2011 UWB通信协议可以实现智能体之间的通信和测距定位，但是在一个空间中，多个智能体共享一个通信频道，需要进行分时通信，现有的TSMP协议需要为其时间同步消耗大量的通信时间，而且需要一个网关来负责整个网络的时间同步，因此TSMP协议不适合无专用网关的各智能体地位平等的多智能体系统，对于具有智能体的随机入网和退网的多智能体系统，TSMP协议更是无能为力。因此，需要建立适合随机加入和退出功能的多智能体的自组织网络机制和通信协议，该协议需要在IEEE 802.15.4
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2011协议的MAC层基础上实现通信和测距定位一体化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于为解决现有技术中的不足，提供了一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法，提高多智能体通信和测距定位效率，并且保证足够的鲁棒性，动态调整智能体的角色来管理和维护整个网络，实现新节点加入和故障节点退出后能自动快速恢复通信，并且实现通信和测距一体化。
[0004]本专利技术通过下述技术方案实现：一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法，该方法是在UWB通信协议的基础上，定义LLC子层中集成有智能体的测距定位、过程数据和网络管理表数据的通信协议数据帧以及通信机制，将各个智能体的过程数据附加在测距定位和网络管理表数据的通信协议数据帧中进行传输；其中，每个智能体代表一个节点，所述节点的状态包括待机状态、外监听状态、主令牌状态和从监听状态，通过各个节点之间的令牌竞争或令牌顺序传递，使无线网络中动态保持有且只有一个主令牌节点，主令牌节点执行多令牌检测任务和测距与通信管理任务，其它节点通过监听主令牌节点与从监听节点之间测距通信所产生的过程数据和网络管理表数据，进而建立多智能体的全局状态信息，并依据全局状态信息完成智能体各自的个体任务，最终实现整个无线网络的均衡通信和测距定位。
[0005]进一步，所述无线网络中动态保持有且只有一个主令牌节点具体执行如下操作：当节点的状态处于待机状态，即为待机节点时，通过外部启动或重新上电使待机节点转移为外监听节点；若节点在运行时出现通信故障则转为待机节点；当节点为外监听节点时，且没有发现其它节点的通信消息帧存在，则认为此时无网络，该节点继续为外监听
节点，若发现多智能体的通信网络已经存在，则等待当前通信网络的主令牌节点广播容许加入网络消息帧，外监听节点在收到该消息帧之后，通过申请加入网络并转移为从监听节点；若外监听状态的节点在令牌竞争中获胜，则该节点的状态从外监听状态转移为主令牌状态，若外监听状态的节点在令牌竞争中失败，则该节点从外监听状态转移为从监听状态；主令牌节点完成与各个从监听节点的测距以及容许外监听节点加入网络的任务后，按照网络管理表的顺序选择一从监听节点，把令牌传递给该从监听节点，该从监听节点转为新的主令牌节点，而原主令牌节点则转为从监听节点；当各个从监听节点在预设时间内未收到主令牌节点的消息帧时，则认为无线网络已经无主令牌节点，进而按照网络管理表保存的令牌传递顺序来自主设定新的主令牌节点，以保证无线网络中始终存在主令牌节点；若发现无线网络中有多个主令牌节点时，则节点地址大的主令牌节点主动放弃令牌而成为从监听节点。
[0006]进一步，外监听节点的令牌竞争和加入网络操作具体如下：外监听节点在竞争令牌中，不断按照预设周期内的随机时刻进行广播申请成为主令牌节点的消息帧，而在其它时刻则进行接收其它节点消息；若接收到其它节点申请成为主令牌节点的消息帧，则进行该节点地址与本外监听节点地址的比较，若本外监听节点地址小于收到的申请成为主令牌节点的节点地址，则认为本外监听节点获胜，继续随机广播申请成为主令牌节点的消息帧，该广播过程持续预设时间且无其它节点进行竞争申请，则本外监听节点竞争胜利而改变状态成为主令牌节点；若本外监听节点地址大于其它申请成为主令牌节点地址，则不再广播申请成为主令牌节点的消息，认为竞争失败，广播申请主令牌节点失败消息帧，进而改变状态转为从监听节点；若既没有收到申请主令牌节点消息帧也没有收到失败帧，则认为此时网络中无竞争节点，整个网络只有本外监听节点，则继续监听网络通信，继续等待其它节点的启动和加入；在外监听节点申请加入网络中，外监听节点等待接收主令牌节点的入网申请许可阶段，并在该阶段申请成为从监听节点；外监听节点收到主令牌节点的容许加入网络消息帧后，在预设时间间隔内产生一个随机时刻发送申请加入网络消息帧，当主令牌节点收到该帧后，立即为外监听节点分配顺序号、更改网络管理表中的角色数据，并广播确认消息帧；外监听节点收到确认帧之后，表明加入成功，外监听节点转入从监听节点状态；若加入失败，外监听节点则继续监听网络通信，等待下一个容许加入网络消息帧。
[0007]进一步，所述多令牌检测任务具体执行以下操作：所述多令牌检测任务是检测主令牌节点是否收到另外一个主令牌节点的消息，若收到消息且该主令牌节点的MAC短地址比另一个主令牌节点的MAC短地址小，则该主令牌节点主动放弃令牌，并转为从监听节点，否则继续进行监听网络消息帧。
[0008]进一步，所述测距与通信管理任务具体执行以下操作：所述测距与通信管理任务包括测距阶段、容许入网阶段和转出令牌阶段；在测距阶段中，主令牌节点按照顺序依次选择各个从监听节点进行UWB测距，UWB测距采用双侧双向测距的方式；在双侧双向测距通信中，分别根据通信时无线电信号离开各自天线的时间和每个节点发送消息帧的时间差，计算出无线电在两根天线之间的传播时间，从而得到主令牌节点和从监听节点之间的距离，每次测距通信均产生网络管理表数据和过程数据，无线网络中的其它节点通过监听网络管理表数据和过程数据获得无线网络的实时状态和实
时过程数据，并通过监听机制更新智能体内部的网络管理表，通过周期性的网络通信数据建立多智能体全局状态信息，从而获得整个多智能体的工作状态，并依据全局状态信息及其发生的时间完成智能体个体的任务，所述智能体个体的任务包括智能体节点角色转换和多智能体协作作业；当主令牌节点完成所有与从监听节点的测距后进入容许入网阶段，主令牌节点广播容许入网消息帧后，等待外监听节点发送申请入网消息帧，若有外监听节点发送申请入网消息帧，则为该外监听节点分配顺序号、更新节点状态和数据表，并继续广播容许入网消息帧，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法，其特征在于：该方法是在UWB通信协议的基础上，定义LLC子层中集成有智能体的测距定位、过程数据和网络管理表数据的通信协议数据帧以及通信机制，将各个智能体的过程数据附加在测距定位和网络管理表数据的通信协议数据帧中进行传输；其中，每个智能体代表一个节点，所述节点的状态包括待机状态、外监听状态、主令牌状态和从监听状态，通过各个节点之间的令牌竞争或令牌顺序传递，使无线网络中动态保持有且只有一个主令牌节点，主令牌节点执行多令牌检测任务和测距与通信管理任务，其它节点通过监听主令牌节点与从监听节点之间测距通信所产生的过程数据和网络管理表数据，进而建立多智能体的全局状态信息，并依据全局状态信息完成智能体各自的个体任务，最终实现整个无线网络的均衡通信和测距定位。2.根据权利要求1所述的一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法，其特征在于，所述无线网络中动态保持有且只有一个主令牌节点具体执行如下操作：当节点的状态处于待机状态，即为待机节点时，通过外部启动或重新上电使待机节点转移为外监听节点；若节点在运行时出现通信故障则转为待机节点；当节点为外监听节点时，且没有发现其它节点的通信消息帧存在，则认为此时无网络，该节点继续为外监听节点，若发现多智能体的通信网络已经存在，则等待当前通信网络的主令牌节点广播容许加入网络消息帧，外监听节点在收到该消息帧之后，通过申请加入网络并转移为从监听节点；若外监听状态的节点在令牌竞争中获胜，则该节点的状态从外监听状态转移为主令牌状态，若外监听状态的节点在令牌竞争中失败，则该节点从外监听状态转移为从监听状态；主令牌节点完成与各个从监听节点的测距以及容许外监听节点加入网络的任务后，按照网络管理表的顺序选择一从监听节点，把令牌传递给该从监听节点，该从监听节点转为新的主令牌节点，而原主令牌节点则转为从监听节点；当各个从监听节点在预设时间内未收到主令牌节点的消息帧时，则认为无线网络已经无主令牌节点，进而按照网络管理表保存的令牌传递顺序来自主设定新的主令牌节点，以保证无线网络中始终存在主令牌节点；若发现无线网络中有多个主令牌节点时，则节点地址大的主令牌节点主动放弃令牌而成为从监听节点。3.根据权利要求2所述的一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法，其特征在于，外监听节点的令牌竞争和加入网络操作具体如下：外监听节点在竞争令牌中，不断按照预设周期内的随机时刻进行广播申请成为主令牌节点的消息帧，而在其它时刻则进行接收其它节点消息；若接收到其它节点申请成为主令牌节点的消息帧，则进行该节点地址与本外监听节点地址的比较，若本外监听节点地址小于收到的申请成为主令牌节点的节点地址，则认为本外监听节点获胜，继续随机广播申请成为主令牌节点的消息帧，该广播过程持续预设时间且无其它节点进行竞争申请，则本外监听节点竞争胜利而改变状态成为主令牌节点；若本外监听节点地址大于其它申请成为主令牌节点地址，则不再广播申请成为主令牌节点的消息，认为竞争失败，广播申请主令牌节点失败消息帧，进而改变状态转为从监听节点；若既没有收到申请主令牌节点消息帧也没有收到失败帧，则认为此时网络中无竞争节点，整个网络只有本外监听节点，则继续监听网络通信，继续等待其它节点的启动和加入；在外监听节点申请加入网络中，外监听节点等待接收主令牌节点的入网申请许可阶段，并在该阶段申请成为从监听节点；外监听节点收到主令牌节点的容许加入网络消息帧
后，在预设时间间隔内产生一个随机时刻发送申请加入网络消息帧，当主令牌节点收到该帧后，立即为外监听节点分配顺序号、更改网络管理表中的角色数据，并广播确认消息帧；外监听节点收到确认帧之后，表明加入成功，外监听节点转入从监听节点状态；若加入失败，外监听节点则继续监听网络通信，等待下一个容许加入网络消息帧。4.根据权利要求1所述的一种基于UWB技术的多智能体无线网络动态组网方法，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李向阳，李依晖，刘屿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：