论文部分内容阅读
在近几十年来,多智能体系统一致性控制问题作为分布式计算、编队控制以及无线传感网络等技术的基础,越来越受到国内外研究者的关注。在对多智能体系统研究的很长一段时间里,都假设多智能体系统中个体间仅仅存在“合作”的关系。然而这并不符合实际情况中多智能体系统网络普遍存在的“竞争”关系。针对多智能体系统存在“竞争”关系下安全一致性问题的研究目前处于萌芽状态,这也是本文研究的重点。本文主要研究了在恶意攻击下多智能体系统如何实现安全二分一致性的问题。本文首先对多智能体系统一致性控制问题已有的研究成果进行系统分析和总结,包括多智能体的概念、一致性问题的由来以及一致性问题中多个热点问题的研究成果,并概括了目前针对多智能体系统存在“竞争”关系下研究的不足。其次,针对存在“竞争”关系的多智能体系统中可能存在的拜占庭攻击,提出了适用于二分一致性问题的安全二分一致性算法。算法的核心思想是假设多智能体仅获取邻居的状态信息,并删除相对自身状态而言较为极端的信息,将剩余信息加权后用于自身状态的更新。而后结合网络鲁棒性的概念以及结构平衡理论,给出并证明了系统达成二分一致的充分必要条件,即在所提出的算法下,如果系统是结构平衡的并且满足一定的鲁棒性,则所有正常节点可以达成安全二分一致。最后通过四个对比仿真实验验证了算法的有效性。然后,在上一工作中提出的安全二分一致性算法的基础上,考虑系统中存在通信时延这一客观因素,提出了适用于该情况下的安全二分一致性算法。算法考虑获取到的信息是时延信息而并非邻居当前的状态信息,并在删除获取到的邻居时延信息中较为极端的信息后,将剩余信息用于自身状态的更新。而后结合网络鲁棒性的概念以及结构平衡理论,给出并通过反正法证明了系统在通信时延下达成安全二分一致的充分必要条件,即如果系统是结构平衡的并且满足一定的鲁棒性,则所有正常节点在安全二分一致性算法下可以达成安全二分一致。最后通过四个对比仿真实验验证了算法的有效性。最后,考虑引入均匀量化器,将多智能体系统中智能体之间的状态信息转换成量化信息,从而降低系统开销。基于以上工作中安全二分一致性算法的基本思想,结合邻居间通信的策略,提出了适用于量化通信下的安全二分一致性算法。而后通过构造以及分析Lyapunou函数的特性,给出并证明了量化后的系统达成二分一致性的充要条件,即在恶意攻击下,如果系统是结构平衡的且具有一定的鲁棒性,那么在量化通信下所有正常节点依然可以达成安全二分一致。最后通过四个对比仿真实验验证了算法的有效性。本文针对存在“竞争”关系下的多智能体系统安全一致性问题进行了有益的探索和实践,得出了多种实际情况下多智能体系统达成二分一致性的充分必要条件,为解决多智能体系统的安全问题提供了一定的理论参考,因此本研究具有一定的理论价值和现实意义。