多智能体系统分布式一致性算法研究现状

关的主要参数； 总结归纳了近年来几种一致性协议及其理论分析结果； 分析和阐述了一致性问题的主要应用领域的进 展。展望了未来的研究方向。 关键词： 一致性算法； 多智能体系统； 分布式控制 文献标志码： A 中图分类号： TP301 doi： 10.3778/j.issn.1002-8331.1208-0401
智能体的分布式协调问题吸引了大量学者的关注。这类 问题的共同点是通过设计适当的协调控制率或一致性协 议， 使得网络中单个智能体的某些量趋于相同的值， 又称 为一致性问题。一致性问题的研究在计算机科学领域中， 尤其是分布式计算有着悠久的历史， 近年来又在自动控 制、 信号处理中掀起了研究热潮。与单个智能体系统相 比， 多智能体系统有很多优点， 如能改善系统的灵活性， 提 高系统的可靠性等。设计一致性策略时， 为了让系统能够 有效的协调工作， 智能体之间需要进行信息交换， 如位置、 速度或其他与指定任务的相关变量。信息的交换和共享 是保证智能体能够收敛于相同值的前提条件， 这要求网络 中所有的智能体主动参与到信息交换中， 因而对系统中智 能体的通信拓扑结构提出了一定的要求， 只有满足一定条 件的网络才能使多智能体的状态趋于一致。
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引言
由于多智能体系统在众多领域的广泛应用， 近年来多
一致性控制的问题研究起源于 20 世纪 80 年代 Tsitsiklis[1] 的研究， Olfati-saber 等人 [2] 以及 Jadbabaie[3] 等人首先给出了 一致性问题的定义， 从系统理论角度做出了开创新的工 作， 并提出了线性一致性算法。算法中每个智能体根据一 阶线性动态系统， 更新自身的估计值， 其他智能体则通过 通信交换信息； 此外还分析了不同情况下各种协议的收敛 速度。此后该领域得到了快速增长， 并吸引了大量研究者 的加入， 分别对高阶系统、 非线性系统、 带延时、 网络丢包、 有限时间一致性等方面进行了深入研究。除了上述理论 研究， 不少学者不断将其应用到实践中， 在耦合振荡器同 步、 传感器网络估计 [4-6]、 协调控制 [7]、 聚合控制 [8-9]、 复杂动态 队形控制 [11-12] 及小世界网络 [13] 等应用方 网络、 拥塞控制 [10]、 面取得了很多成果。 本文从一致性问题的基本描述开始， 对多种不同情况 下的一致性协议进行总结和归类。从理论方面研究协议 的可收敛性、 收敛速度， 并将多种算法加以对比。此外， 深
基金项目： 国 家 自 然 科 学 基 金（No.61103108）； 国 家 高 科 技 发 展 计 划（863） （No.2007AA022008）； 2012 年 国 家 科 技 支 撑 计 划 项 目 （No.2012BAH08B00， No.2012BAH08B01） ； 2012 年湖南省教育厅课题 （No.12C1123） 。 作者简介： 龙慧 （1979—） ， 女， 博士研究生， 讲师， 研究方向为多传感器信息融合、 分布式卡尔曼滤波； 樊晓平 （1961—） ， 男， 博士， 教授， 博 士生导师， 研究方向为无线传感器网络、 虚拟现实技术、 智能交通系统等； 刘少强 （1965—） ， 男， 博士， 副教授， 研究方向为无线 传感器网络、 临场遥操作机器人等。 E-mail： longhyh2@163.com 收稿日期： 2012-08-31 修回日期： 2012-10-29 文章编号： 1002-8331 （2013） 01-0036-07
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2013， 49 （1）
Computer Engineering and Applications 计算机工程与应用
多智能体系统分布式一致性算法研究现状
龙
2 慧 1， ， 樊晓平 1， 刘少强 1
2 LONG Hui1， , FAN Xiaoping1, LIU Shaoqiang1
1.中南大学 信息科学与工程学院， 长沙 410075 2.湖南生物机电职业技术学院， 电子电气工程学院， 长沙 410126 1.The School of Information Science and Engineering, Central South University, Changsha 410075, China 2.The School of Electrical and Electronic Engineering, Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic, Changsha 410126, China LONG Hui, FAN Xiaoping, LIU Shaoqiang. Review of distributed consensus problem in multi-agent system. Computer Engineering and Applications, 2013, 49 （1） ： 36-42. Abstract：This paper summarizes the development of distributed consensus problem of multi-agent system. Several common definitions and parameters related to characteristics of consensus algorithm firstly are introduced from theoretically aspects. Consensus protocols and main results are summed up in recent years. The progresses of application about consensus algorithm are presented. Finally, the future directions of open area are proposed. Key words： consensus algorithm; multi-agent system; distributed control 摘 要： 综述了多智能体系统分布式一致性问题的研究现状。从理论层面介绍了一致性问题的几种常见定义及与特性相