[發(fā)明專利]一種基于能量感知區(qū)塊鏈的多AUVs協(xié)同控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010988247.4
• 申請日: 2020-09-18
• 公開（公告）號: CN112218290B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李鑫濱;郭英征;閆磊;徐向琳
• 申請（專利權(quán)）人: 燕山大學(xué)
• 主分類號: H04W12/00
• 分類號: H04W12/00;H04W12/0433;H04W84/18;H04B13/02;H04B11/00;G06F21/60
• 代理公司: 石家莊眾志華清知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(特殊普通合伙) 13123
• 代理人: 張建

本發(fā)明涉及AUVs協(xié)同控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能量感知區(qū)塊鏈的多AUVs協(xié)同控制系統(tǒng)，包括如下步驟：步驟1，母艦將交易事務(wù)傳輸給領(lǐng)導(dǎo)者，領(lǐng)導(dǎo)者生成加密的區(qū)塊；步驟2，利用共識算法該區(qū)塊被同步至系統(tǒng)中的其他節(jié)點，并更新控制命令與密鑰信息；步驟3，改進的共識算法中，當(dāng)跟隨者未收到來自領(lǐng)導(dǎo)者的消息，且剩余能量大于閾值時，其成為候選者，并發(fā)起投票請求；步驟4，當(dāng)該跟隨者剩余能量小于閾值時，其成為落選者，并計算與傳送新的能量閾值；步驟5，各節(jié)點計算在一輪選舉過程中能耗情況及剩余能量。本發(fā)明采用不斷更新所需密鑰，提高了AUVs與母艦之間通信的安全性，極大延長了網(wǎng)絡(luò)的工作時間與提高AUVs的能量利用率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及AUVs協(xié)同控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能量感知區(qū)塊鏈的多AUVs協(xié)同控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近些年來，AUV被人們廣泛用于水下信息采集、跟蹤任務(wù)目標(biāo)、搜索水下未知環(huán)境、救助遇險人員等任務(wù)中。然而，大多數(shù)具體應(yīng)用都比較復(fù)雜，對AUV的靈活性要求較高，由于傳感器范圍小、通信能力不足、能量有限等因素，單個AUV已無法滿足當(dāng)前水下任務(wù)的要求。因此，作為一種可選擇的解決方案，通過多AUVs之間的協(xié)同操作，可以更高效、更安全地實現(xiàn)持續(xù)性工作和靈活的操作，多AUVs協(xié)同控制系統(tǒng)逐漸成為一個新的研究領(lǐng)域。

然而，由于水聲通信信道的特殊性，水聲通信網(wǎng)絡(luò)極易受到各種安全威脅和惡意攻擊，包括被動竊聽、數(shù)據(jù)篡改、偽造身份等，所以保證多AUVs網(wǎng)絡(luò)的安全性尤為重要。但是，現(xiàn)有的方案在解決水下安全通信的問題上存在很多不足，特別是在關(guān)于控制命令和狀態(tài)信息的安全性方面。

區(qū)塊鏈被公認(rèn)為是一種有效的解決安全問題的技術(shù)，其本質(zhì)上是一個安全、共享、分布式的賬本。區(qū)塊鏈技術(shù)通過將點對點網(wǎng)絡(luò)、多重簽名技術(shù)和特殊密鑰相結(jié)合，解決分布式系統(tǒng)交互過程的拜占庭將軍問題，并保證通信過程中數(shù)據(jù)的安全性。將區(qū)塊鏈技術(shù)與多AUVs群體相結(jié)合，區(qū)塊鏈技術(shù)可以解決多AUVs群的通信安全和數(shù)據(jù)一致性方面的問題。在大部分基于區(qū)塊鏈的無人機或機器人的研究中很少考慮到的能量限制。但是與地面其它智能體相比，AUVs的能量約束特性給其工作過程帶來了更多的挑戰(zhàn)。因此，有必要研究將考慮能量感知節(jié)點的區(qū)塊鏈應(yīng)用于AUVs群體協(xié)作控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述不足，利用區(qū)塊鏈技術(shù)增強AUVs間通信數(shù)據(jù)的安全性，考慮節(jié)點的剩余能量，增加網(wǎng)絡(luò)生存時間，提高了能量的利用率。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于能量感知區(qū)塊鏈的多AUVs協(xié)同控制系統(tǒng)，包括如下步驟：

步驟1，母艦將包含控制命令與密鑰信息的交易事務(wù)傳輸給領(lǐng)導(dǎo)者，驗證完有效性后，領(lǐng)導(dǎo)者生成區(qū)塊，并進行加密；

步驟2，所述領(lǐng)導(dǎo)者將加密的區(qū)塊傳輸給其他AUVs，利用改進的Raft共識算法該區(qū)塊被同步至系統(tǒng)中的其他節(jié)點，各節(jié)點在保存區(qū)塊后，均更新控制命令與密鑰信息；

步驟3，當(dāng)跟隨者在選舉超時時間內(nèi)未收到來自領(lǐng)導(dǎo)者的遠程過程呼叫，且其剩余能量大于能量閾值時，該跟隨者成為候選者，候選者向其他節(jié)點發(fā)送請求投票信息；

步驟4，當(dāng)跟隨者在選舉超時時間內(nèi)未收到來自領(lǐng)導(dǎo)者的遠程過程呼叫，且其剩余能量小于能量閾值時，該跟隨者成為落選者，落選者計算新的能量閾值，并將閾值信息傳送給其他AUVs；

步驟5，每個節(jié)點計算在一輪選舉過程中其能量消耗情況，并更新剩余能量的值。

本發(fā)明技術(shù)方案的進一步改進在于：步驟1中，包括如下步驟：