本申请涉及一种基于异步共识的无人机集群分布式任务规划方法和装置，所述方法主要包含异步通信协议和共识规则，以实现低频低通的无人机集群快速任务规划，该方法巧妙地利用了无人机信息更新的无人机时间戳，减少了任务信息更新时原无人机时间戳的通信量，并且新的无人机时间戳包含了更多关于非获胜者的信息，有助于新的异步共识规则设计，本申请提出的无人机集群异步计划共识无需同步计划共识所需的通信等待，进而可使无人机集群更快地获得任务规划结果。其次，设计了带有新无人机时间戳的无人机异步共识规则来更快消解机间任务冲突，有效解决了异步下信息到达乱序问题，并潜在地减少了通信频次。
【技术实现步骤摘要】
本申请涉及无人机集群分布式任务规划，特别是涉及一种基于异步共识的无人机集群分布式任务规划方法和装置。
技术介绍
1、无人机集群任务规划算法需要通过通信阶段来实现集群内计划的共识，其中同步通信对应着同步共识方法来消解无人机间的任务冲突，而异步通信则对应着异步共识方法。在无人机集群任务规划的研究中，同步通信的实验环境因易控易调而多被采用；而在实际应用中，无人机集群实现分布式同步共识方法需要人为设定等待时间或额外信号，使得群内无人机能够迭代同步。这样的同步等待带来了通信时间的延长，降低了算法在现实应用中的实际性能，甚至有些算法在实际的物理系统中无法实现。而采用异步共识方法就解决了上述问题，在异步迭代中，各无人机所处的迭代阶段可不同，无人机无需等待其他无人机共同进入通信阶段，因而避免了计算和通信前后的等待时间浪费。但目前已有的异步共识方法的通信协议和共识规则仍需相当多的通信量和通信频次。其协议采用获胜者任务时间戳而不包含非获胜者的任务时间戳，这样不仅通信量会随着任务数增加而增加，并且基于该协议的共识规则也因一些机间任务冲突消解需多次广播而使得通信频次上升，对无人机集群的网络通信环境要求较高，严重降低了无人机集群在网络化条件下的规划时间性能和异步计划共识的效率，影响了算法应用于无人机集群的实时性。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于异步共识的无人机集群分布式任务规划方法和装置。
2、一种基于异步共识的无人机集群分布式任务规划方法，该方法包括：
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p>3、无人机i通过异步通信的方式与无人机集群中其他无人机进行通信，持续接收其他无人机k广播的任务信息；任务信息包括：任务获胜者、任务的获胜者标价以及无人机时间戳；无人机时间戳表示无人机i掌握的n架无人机生成或更新其任务的时间。4、将收敛标志和迭代计数器初始化为0，将广播标志初始化为1。
5、在任务计划计算环节中计算任务选择，并更新本机任务信息；
6、在任务计划共识环节中，获取其他无人机k的任务信息，无人机i和其他无人机通过价高者得的异步共识规则消解机间任务冲突，得到无冲突的任务信息。
7、若广播标志为1，则将广播其本地任务信息。
8、在任务计划共识环节结束时，将迭代计数器增加1；如果进行了消解的任务冲突，则将广播标志置1，否则将广播标志置0。
9、如果迭代计数器达到预设收敛阈值，则将收敛标志置1，继续进行任务计划计算环节和任务计划共识环节的迭代，否则，将收敛标志置0，停止迭代，得到无冲突的任务规划。
10、其中，异步共识规则包括：
11、将无人机i作为接收方，将集群中的其他无人机k作为发送方。
12、快速一致规则：无人机i在收到无人机k关于任务j消息后；如果当无人机i认为任务j的获胜者是第三方无人机m时，如果无人机k具有更高的标价或更新的无人机m消息，则无人机i将更新其本地关于任务j的信息并进行转发，使得接收方可与发送方就任务j的信息快速达成一致；当无人机k关于任务j的标价较小时，无论其无人机时间戳如何，无人机i均保留本机信息并转发给无人机k；
13、平局决胜规则：无人机i不仅可打破其标价与其他无人机相同的情况，同时还可助其他无人机提前打破标价相等的平局情况，以防止冗余任务信息转发，降低网络通信负载。
14、冗余检测规则：在存在冲突需要处理并通知其他无人机的情况，接收方进行消息转发；当接收方无人机时间戳较旧或发送方无人机时间戳较旧时需要进行消息转发。
15、避免误传规则：当接收方收到消息但却不能做出判断时，则采用重置来避免错误的消息更新，同时不转发。
16、在其中一个实施例中，在任务计划计算环节中计算任务选择，并更新本机任务信息，包括：
17、在任务计划计算环节，无人机i将从本机计划中移除与计划共识相矛盾的任务，再加入标价高于当前获胜者的任务，以形成该迭代下的本机计划并更新于本机任务信息中。
18、在其中一个实施例中，在任务计划共识环节中，获取其他无人机k的任务信息，无人机i和其他无人机通过价高者得的异步共识规则消解机间任务冲突，得到无冲突的任务信息，包括：
19、在任务计划共识环节，无人机i广播本地任务信息，并获取其他无人机的最新任务信息，在获取其他无人机的最新消息时，将已经接收的其他无人机最新消息更新到本地缓冲区。
20、对与无人机i直连的第一个其他无人机的第一个任务，通过异步共识规则消解机间任务冲突，得到无冲突的任务信息。
21、继续对第一个其他无人机的下一个任务进行冲突消解，直到遍历完第一个其他无人机的所有任务为止，继续对第二个其他无人机的任务进行冲突消解，直到遍历完所有与无人机i直连的所有其他无人机为止。
22、在其中一个实施例中，无人机的信息转发采用udp广播模式。
23、无人机i在接收到其他无人机的更新消息之前，默认其他无人机的状态不更新，随后无人机i将持续广播其消息，以避免其他无人机由于丢包等通信问题而无法接收本机消息。
24、在其中一个实施例中，任务信息中的无人机时间戳的确定过程包括：
25、对于无人机i，无人机时间戳中的第i个元素即为本机任务生成或更新的时间，可通过本地记录获取。
26、对于无人机时间戳中第i个元素以外的其他元素，则需要通过通信获取；其中获取方式为：若无人机k与无人机i是通信直连的，则无人机i关于无人机k的任务更新时间由无人机k发送的无人机时间戳向量获得；若无人机k与无人机i是非通信直连，则无人机i关于无人机k的任务更新时间需从其他无人机m处获得，无人机m需要是无人机i通信直连的，并且无人机m具有无人机k的任务更新时间。
27、在其中一个实施例中，当存在多架无人机m与无人机i直连时，无人机k的无人机时间戳采用多架无人机m中最新的。
28、在其中一个实施例中，触因矩阵用于记录触发发送方进行广播的原因，当无人机需要将其任务j的信息发送给无人机k时，，。
29、避免消息泛洪问题的规避机制的具体步骤包括：
30、当无人机i进入进行计划环节与任务共识环节迭代之前，将当次迭代的触因矩阵和上次迭代的触因矩阵的元素初始化为0，设置记录相同广播原因的计数器的值为0。
31、在进入任务计划共识环节后，若无人机i与无人机k就任务j存在冲突，需要通过广播来消解任务冲突，则将设为1。
32、在任务计划共识环节结束时，无人机检查当次迭代的触因矩阵和上次迭代的触因矩阵是否相同；若相同，则将记录相同广播原因的计数器的值加一；否则，计数器的值重置为0，并且将本次迭代的触因矩阵设置为和上次迭代矩阵相同；经多次迭代，当计数器的值达到所设定的阈值时，无人机i认为无人机k已达成共识或已经退出集群，则无人机i不再进行广播，将广播标志置0。
33、在其中一个实施例中，方法采用以双线程的本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于异步共识的无人机集群分布式任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在任务计划计算环节中计算任务选择，并更新本机任务信息，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在任务计划共识环节中，获取其他无人机k的任务信息，无人机i和其他无人机通过价高者得的异步共识规则消解机间任务冲突，得到无冲突的任务信息，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，无人机的信息转发采用UDP广播模式；
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，任务信息中的无人机时间戳的确定过程包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当存在多架无人机m与无人机i直连时，无人机k的无人机时间戳采用多架无人机m中最新的。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，触因矩阵用于记录触发发送方进行广播的原因，当无人机需要将其任务j的信息发送给无人机k时，，；
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法采用以双线程的形式运行，其中线程1是任务规划算法的主进程，线程2是连续接收其他无人机消息而不挂起的接收器；每个线程均独立运行且不挂起，线程之间通过缓存来实现信息交互。
9.一种基于异步共识的无人机集群分布式任务规划装置，其特征在于，所述装置包括：
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【技术特征摘要】
1.一种基于异步共识的无人机集群分布式任务规划方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在任务计划计算环节中计算任务选择，并更新本机任务信息，包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在任务计划共识环节中，获取其他无人机k的任务信息，无人机i和其他无人机通过价高者得的异步共识规则消解机间任务冲突，得到无冲突的任务信息，包括：
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，无人机的信息转发采用udp广播模式；
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，任务信息中的无人机时间戳的确定过程包括：
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【专利技术属性】
技术研发人员：李杰，陈润丰，黄钰翀，王祥科，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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