[发明专利]一种基于k跳可达性的主动保持无人集群网络连通性的方法

权利要求书

1.一种基于k-跳可达性的主动保持无人集群网络连通性的方法，其特征在于，该方法的具体实施步骤如下：

步骤1：建立无人集群网络模型并定义衡量网络局部连通度的k-跳约束局部代数连通度指标；

步骤2：节点周期性的检查与其邻节点间的链路状态，若检测出链路断开，则启动网络连通性异常识别过程，具体包括以下三个子步骤：

步骤2.1：与1-跳邻节点通信，获取节点ID、位置、及k-跳邻节点的相关信息；

步骤2.2：根据获取到的信息，计算节点的k-跳约束局部代数连通度；

步骤2.3：如果节点的k-跳约束局部代数连通度小于设定的阈值，则判定当前网络处于异常状态，并将异常信息报告给主节点处理。

步骤3：当主节点接收到当前网络处于异常状态的报告后，主节点启动轮询所有节点获取全局拓扑信息，然后启动基于虚拟边的拓扑重构过程，计算出满足连通度需求的目标拓扑结构。具体包括以下7个子步骤：

步骤3.1：计算无人集群网络初始拓扑对应的无向图的最小生成树MST；

步骤3.2：计算所有节点的k-跳约束局部代数连通度，若所有节点的k-跳约束局部代数连通度均不小于特定阈值，则结束目标拓扑的计算过程，否则转入步骤3.3；

步骤3.3：构造矩阵M(t)＝P^TL_G(t)P，其中，L_G(t)是当前无人集群网络对应的拉普拉斯矩阵，P＝[p₁ p₂…p_n]是一个n×(n-1)矩阵，对于所有i，j＝1，...，n，且表示所有元素为1的n维向量；

步骤3.4：计算矩阵M(t)对应的行列式的值detM，如果上一次迭代过程中的行列式的值小于等于detM，则表示当前重构过程陷入局部最优。此时通过以下步骤跳出局部最优：

步骤3.4.1：检查是否有符合条件的虚拟边，如果存在符合条件的虚拟边ve_ij，则将传输范围R设置为ve_ij的距离，然后更新矩阵M(t)和L_G(t)的值；

步骤3.4.2：如果不存在符合条件的虚拟边，则判断所有节点是否位于一条直线，若所有节点位于一条直线，则首先构造一个包含该直线且与xOy平面夹角最小的平面，然后在度为1的节点的邻节点处构造一个与该平面的法向量平行的轴，并将度为1的节点绕该轴旋转120度。若节点数为3，则仅旋转其中的一个度为1的节点。若所有节点不位于一条直线，则该方法失效；

步骤3.5：根据势场法计算每个节点受到的引力和斥力分别对应的运动分量和

步骤3.6：更新节点u_i的目标位置q′_i(t)，确保生成树MST中的链路不会断开；

步骤3.7：转入步骤3.2。

步骤4：确定目标拓扑结构的位置和朝向，使得从初始拓扑变换到目标拓扑的过程中的节点总移动距离最短；

步骤5：使所有节点以相同的运动时间从初始拓扑变换到目标拓扑。