配置被用于交换与协作控制算法有关的数据的通信链路的方法、装置以及系统与流程

本公开涉及通信系统，并且更具体地，涉及多个通信节点(又称多代理系统(mas))的协作控制。

背景技术：

1、协作控制算法旨在使多个通信节点能够实现共同的目标。

2、例如，共识算法(consensus algorithm)的目的是使多个通信节点能够实现有关本地控制信息的协定。在实践中，多个通信节点与它们的邻居交换数据以对相同的本地控制信息取得一致，这使得它们能够以协调的方式一起工作。当多个通信节点对本地控制信息的值取得一致时，称它们已经达成共识。

3、诸如共识算法或模型预测控制(mpc)算法的协作控制算法通常被应用于有关针对移动机器人、无人驾驶飞行器(uav)、自主水下航行器(auv)、卫星、飞行器、航天器、自动化公路系统等的应用的队形(formation)控制问题方面。协作控制算法还可以被应用于诸如任务指派、有效载荷运输、角色指派、空中交通管制、同步化等的非队形相关问题。

4、诸如共识算法的协作控制算法的典型应用可以是从一组远程传感器测量地理区域中的平均温度、或者控制公路上的车队(platoon of vehicles)，以便例如维持车队的车辆的几何布置结构随时间基本上恒定。

5、协作控制算法由于它们的原理而需要通信节点使用任何适当的通信协议来使用通信链路在这些通信节点之间交换数据。例如，在通信节点被嵌入车队的车辆中的情况下，通信协议例如可以是its-g5、ieee wave或者3gpp cellular-v2x标准等。

6、通信链路，特别是无线通信链路易于发生数据分组丢失，与没有分组丢失的理想情形相比，数据分组丢失会显著降低协作控制算法的控制性能。同时，协作控制算法应当能够以显著高于系统变化率的速度对意外的扰动作出反应。例如，在由公路上的车队应用的协作控制算法的情况下，为了将所述车辆维持在预定的几何布置结构中，可以容易地理解，协作控制算法必须对意外的扰动(例如由于风)迅速反应。

7、因此，需要考虑数据分组丢失，以便保证协作控制算法以符合协作控制要求的速度收敛。

8、在常规系统中，控制层(其管理协作控制算法)和通信层(其管理通信链路)是被分开管理的。可以优化通信链路的通信参数，以便最大化通信链路上的性能，从而尝试减少数据分组丢失。反过来，对协作控制算法的控制参数进行优化，以便最大化收敛速度(又称收敛速率)。

9、然而，这种方法可能导致其中通信链路上的通信性能和协作控制算法的控制性能两者都不必要地过大(over-dimensioned)的情形，这可能进一步导致当例如多个车队共同位于同一地理区域中时的共存问题。

10、[引用文献列表]

11、[非专利文献]

12、[npl 1]

13、s.kar and j.m.f.moura,“sensor networks with random links:topologydesignfor distributed consensus”,in ieee transactions on signal processing,vol.56,no.7,pp.3315-3326,july 2008。

14、[npl 2]

15、s.silva pereira and a.pages-zamora,“consensus in correlated randomwirelesssensor networks”,ieee trans.signal process.,vol.59,n°12,p.6279-6284,2011,doi:10.1109/tsp.2011.2166552。

16、[npl 3]

17、wei ren,r.w.beard,and e.m.atkins,“asurvey of consensus problemsinmulti-agent coordination”,in proceedings of the 2005,american controlconference,2005,portland,or,usa,2005,p.1859-1864,doi:10.1109/acc.2005.1470239。

技术实现思路

1、本公开旨在改善这种情形。特别地，本公开旨在通过提出这样的一种解决方案来克服上述现有技术的所述限制中的至少一些限制，即，该解决方案用于减少通过在通信节点之间交换协作控制算法的数据而产生的干扰，同时仍然确保满足协作控制要求。

2、针对目的，并且根据第一方面，本公开涉及一种用于配置多个通信节点之间的通信链路的方法，其中，该通信链路被用于交换与协作控制算法相关的数据，其中，该协作控制算法包括至少一个控制参数，其中，该通信节点是根据规则队形(regularformation)来设置的，所述方法包括：

3、-由参考装置选择用于规则队形的候选邻居节点通信模式以及至少一个通信参数的候选值；

4、-由参考装置基于候选邻居节点通信模式并基于所述至少一个通信参数的候选值来确定候选通信性能概况(profile)；

5、-由参考装置基于所述至少一个控制参数并基于候选通信性能概况来估计协作控制算法的控制性能水平；

6、-由参考装置估计由通信节点在使用候选邻居节点通信模式以及所述至少一个通信参数的候选值时生成的干扰水平；

7、其中，针对不同候选邻居节点通信模式以及所述至少一个通信参数的不同候选值，估计不同控制性能水平和不同干扰水平，直到满足预定控制性能标准和预定干扰水平两者，由此标识具有参考邻居节点通信模式、所述至少一个通信参数的参考值以及参考通信性能概况的参考集；

8、其中，该参考集的全部或部分被用于配置通信节点之间的通信链路。

9、因此，所述方法涉及应用协作控制算法的通信节点根据规则队形设置的情况。规则队形对应于一种几何布置结构，其中，通信节点与其相邻通信节点之间的距离不取决于该通信节点在该几何布置结构中的位置。换句话说，规则队形对应于这样的几何布置结构，即，该几何布置结构可以被描述为欧几里得空间中的点阵点(lattice point)的有限凸集合其中，n＝1、2或3。

10、要强调的是，通信节点可以仅平均地根据规则队形来布置。例如，协作控制算法的目标可以是维持根据目标规则队形布置的通信节点，在该情况下，例如由于控制误差等，该布置结构可以在所述目标规则队形周围随时间稍微改变。因此，在本公开中，“根据规则队形布置的”是指出于配置方法的目的，可以假设该队形是规则的。例如，队形可以是严格地或近似地规则的并且是随时间固定的，或者可以控制通信节点的位置(可能通过协作控制算法)以实现预定的目标规则队形等。

11、例如，规则队形可以对应于其中通信节点根据1d(n＝1)、2d(n＝2)或3d(n＝3)点阵点进行设置的几何布置结构。在1d点阵点的情况下，通信节点都是对准的，并且对于任何一对相邻通信节点，相邻通信节点之间的距离是相同的。在2d点阵点的情况下，点阵可以是矩形、正方形、菱形、平行四边形、六边形或等边三角形。在3d点阵点的情况下，点阵可以是14个bravais点阵中的任一点阵。

12、而且，该方法假设所有通信节点将使用同一邻居节点通信模式来交换与协作控制算法相关的数据。取决于规则队形的邻居节点通信模式对应于邻居通信节点的定义，为了协作控制算法的目的，通信节点将与邻居通信节点直接交换数据。例如，邻居节点通信模式可以包括仅与相邻通信节点直接交换数据，在该情况下，所有通信节点仅与它们的相邻通信节点直接交换数据。根据另一示例，邻居节点通信模式可以包括直接与相邻通信节点以及与它们的相邻通信节点交换数据。根据另一示例，邻居节点通信模式可以包括直接与所有其它通信节点交换数据等。

13、通过假设所有通信节点将使用同一邻居节点通信模式，减少了要优化的通信参数的数量。由于通信节点是根据规则队形来设置的，因此，如果传播条件在所有通信节点之间基本上相同，那么所有通信节点使用相同的通信参数也应当在通信链路上产生基本上相同的通信性能概况。这些特征使得能够减少要为通信装置选择的通信参数的数量，并且能够减少对通信链路上的通信性能概况的预测的复杂度。

14、所述方法评估不同的候选参数集，直到找到既满足预定干扰标准又满足预定控制性能标准的参考集。

15、各个候选集包括：候选邻居节点通信模式(该候选邻居节点通信模式可以在用于规则队形的邻居节点通信模式的预定列表中选择)、至少一个通信参数(调制、信道编码方案、多天线方案、发送功率等)的候选值、以及候选通信性能概况(基于候选邻居节点通信模式并且基于所述至少一个通信参数的候选值确定的)。

16、对于各个候选集，控制性能水平和干扰水平被估计并被用于评估是否满足干扰标准和控制性能标准。

17、因此，所述方法优化通信参数和邻居节点通信模式，以使两者：

18、-满足协作控制要求，例如，通过确保协作控制算法的收敛速度快于预定最小收敛速度；

19、-减少由交换与协作控制算法相关的数据的通信节点产生的干扰。

20、将参考集的全部或部分用于配置通信节点之间的通信链路。

21、在具体实施方式中，所述方法还可以包括以下单独地或者以任何技术上可能的组合来加以考虑的特征中的一个或更多个特征。

22、在具体实施方式中，所述方法还包括：通过针对所述至少一个控制参数的不同候选值估计不同控制性能水平和不同干扰水平来配置所述至少一个控制参数，并且该参考集还包括被用于配置协作控制算法的所述至少一个控制参数的参考值。

23、在具体实施方式中，该候选通信性能概况还基于传播模型和通信性能模型来估计。

24、在具体实施方式中，至少一个通信节点执行所述至少一个通信参数的值的本地调整(local adaptation)，以便在所述至少一个通信节点的通信链路上实现参考通信性能概况。

25、在具体实施方式中，所述方法包括：针对该参考集确定第一参考通信性能概况和第二参考通信性能概况，该第二参考通信性能概况具有更高的通信性能，使得：

26、-第一参考通信性能概况和第二参考通信性能概况两者满足控制性能标准；以及

27、-至少第一参考通信性能概况满足干扰标准。

28、在具体实施方式中，所述方法包括：获得目标鲁棒性因子，并且该第一参考通信性能概况和第二参考通信性能概况当中的至少一个参考通信性能概况是基于所述目标鲁棒性因子来确定的。

29、在具体实施方式中，至少一个通信节点执行所述至少一个通信参数的值的本地调整，以便在所述至少一个通信节点的通信链路上，实现由第一参考通信性能概况和第二参考通信性能概况定界的通信性能概况。

30、在具体实施方式中，各个通信性能概况是分组递送比(packet delivery ratio，pdr)概况。

31、在具体实施方式中，所述方法包括：由参考装置获得协作控制算法的目标收敛速度，并且

32、-所估计的控制性能水平是协作控制算法的估计收敛速度；

33、-当估计收敛速度快于或等于目标收敛速度时，满足控制性能标准。

34、在具体实施方式中，当所估计的干扰水平被最小化或者低于预定阈值时，满足干扰标准。

35、在具体实施方式中，规则队形对应于其中通信节点根据1d或2d或3d点阵点设置的布置结构。

36、在具体实施方式中，协作控制算法是共识算法。

37、在具体实施方式中，参考装置是所述通信节点中的一个通信节点。

38、根据第二方面，本公开涉及一种包括指令的计算机程序产品，该指令当由至少一个处理器执行时，将所述至少一个处理器配置成执行根据本公开的实施方式中的任一实施方式的方法。

39、根据第三方面，本公开涉及一种包括指令的计算机可读存储介质，该指令当由至少一个处理器执行时，将所述至少一个处理器配置成执行根据本公开的实施方式中的任一实施方式的方法。

40、根据第四方面，本公开涉及一种包括无线通信单元和处理电路的装置，该装置被配置成执行根据本公开的实施方式中的任一实施方式的方法。

41、根据第五方面，本公开涉及一种通信系统，该通信系统包括多个通信节点以及根据本公开的实施方式中的任一实施方式的至少一个参考装置，所述参考装置是所述通信节点中的一个通信节点或者与所述通信节点分离。

42、在具体实施方式中，该通信节点被嵌入车队中的相应车辆中。

43、通过阅读以下描述将更好地理解本发明，所述描述作为示例给出而绝非限制性的，并且是参照附图来进行的。