[發明專利]一種基于重疊聯盟形成博弈的無人機任務協作方法

有效

• 申請號: 202110939975.0
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113395676B
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 黃贊奇;戚楠;蘇悅悅;王可為;劉一甲;王偉
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W72/04
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

本發明公開了一種基于重疊聯盟形成博弈的無人機任務協作方法，包括將無人機多任務協作問題構建為順序重疊聯盟博弈模型；采用偏向于整個聯盟效用的雙邊互利準則評估無人機對聯盟結構的偏好；采用基于偏好引力引導的禁忌算法，優化重疊聯盟結構下的無人機任務資源分配，形成穩定的聯盟結構；基于當前聯盟結構和無人機任務資源分配方案的更新狀態和當前衰落環境對傳輸策略進行優化，以最大限度地提高無人機網絡執行任務的效用。本發明量化了無人機和任務的資源屬性特征，優化了重疊聯盟結構下的無人機任務資源分配，利用勢能博弈，證明了穩定聯盟結構在所提雙邊互利準則下的存在性，對比其他同類算法，在收斂性和效用上均有提升。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種基于重疊聯盟形成博弈的無人機任務協作方法。

背景技術

隨著航空航天和無線通信系統的迅速發展，無人機以其具有通用性、經濟性、機動性等良好的特性，已經發展成執行各種大型復雜任務的重要工具，涉及戰場作戰、災情搜救、偵察監控、應急充電等諸多領域。然而，由于單個無人機的能力有限(即有限的機載能量和有效載荷以及通信資源)，無人機通常無法擁有足夠的所需資源來單獨完成這些任務。為了克服單個無人機的容量限制，多個無人機可以形成集群，在多無人機網絡中高效地執行任務。

一些重要的研究探討了無人機在非重疊聯盟形成博弈下，每個無人機集群選擇一個任務并協同執行任務的場景，其中聯盟形成的目標是在資源約束下盡可能完成分配的任務。J.Chen在2021年研究工作中提出了一種通過聯合優化聯盟選擇和頻譜分配，研究了多無人機網絡中的任務分配問題(參考文獻J.Chen,Q.Wu,Y.Xu,N.Qi,X.Guan,Y.Zhang,andZ.Xue,“Joint task assignment and spectrum allocation in heterogeneous UAVcommunication networks:A coalition formation game-theoretic approach,”IEEETransactions on Wireless Communications,vol.20,no.1,pp.440–452,2021.)。F.Afghah,M提出了一個基于聲譽調度的聯盟形成博弈模型，以保證網絡中存在一些自利無人機時，無人機之間的可靠合作(參考文獻F.Afghah,M.Zaeri-Amirani,A.Razi,J.Chakareski,and E.Bentley,“A coalition formation approach to coordinatedtask allocation in heterogeneous UAV networks,”in 2018Annual American ControlConference(ACC),2018,pp.5968–5975.)。

然而，現有關于聯盟形成博弈的無人機任務協作方法存在以下問題：(1)現有大多工作都只考慮每個無人機聯盟執行一個任務的模式，然而無人機實際上可以將其資源分配給多個任務點，并根據任務序列執行機制參與多個任務點的協作；(2)現有大多工作只關注與任務的完成情況，卻忽略了無人機聯盟執行任務的成本，例如飛行損耗、時間成本等。(3)無人機技術的最新進展使一架無人機能夠攜帶多種設備和資源，從而具備多種能力。

因此，需要對不同類型的任務所需的資源屬性進行更詳細的區分。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種基于重疊聯盟形成博弈的無人機任務協作方法，基于重疊聯盟博弈模型、順序任務執行機制進行異構多無人機網絡協同任務資源分配，與現有的假設非重疊聯盟的聯盟形成博弈模型相比，本發明提出的重疊聯盟博弈方法使無人機能夠做出更靈活的資源分配決策，從而提高執行任務的效用。

為實現上述技術目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于重疊聯盟形成博弈的無人機任務協作方法，包括：