Avanzando la Velocidad de Convergencia de Algoritmos de Sincronización de Tiempo de Consenso Distribuido en Redes Ad Hoc de Vehículos Aéreos No Tripulados
Autores: Wu, Jianfeng; Bai, Kaiyuan; Wu, Huabing
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Avanzando la Velocidad de Convergencia de Algoritmos de Sincronización de Tiempo de Consenso Distribuido en Redes Ad Hoc de Vehículos Aéreos No Tripulados
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Robótica
Palabras clave
Sincronización de tiempo
Redes ad hoc de vehículos aéreos no tripulados
Velocidades de convergencia
Algoritmos de consenso distribuidos
Esquemas de aceleración
Métricas de velocidad de convergencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
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La sincronización de tiempo es un requisito crítico para las redes ad hoc de vehículos aéreos no tripulados (UANETs) para facilitar la navegación y el posicionamiento, el control de formación y la fusión de datos. Sin embargo, dadas las dinámicas cambiantes en los UANETs, mejorar las velocidades de convergencia de los algoritmos de sincronización de tiempo de consenso distribuidos con solo información local representa un gran desafío. Para abordar este desafío, este estudio primero establece un modelo convexo sobre la base de la teoría de grafos y teorías relevantes de matrices aleatorias para aproximar el problema original. Posteriormente, se derivan tres esquemas de aceleración para los algoritmos de consenso minimizando la norma de Frobenius de la matriz de iteración. Además, este estudio proporciona un nuevo límite superior para los pesos de comunicación constantes y discute las limitaciones de las métricas existentes utilizadas para medir las velocidades de convergencia de los algoritmos de consenso. Finalmente, los esquemas propuestos se comparan con los existentes a través de simulaciones. Nuestros resultados indican que los tres esquemas propuestos pueden lograr una convergencia más rápida mientras mantienen una sincronización de alta precisión en escenarios con estructuras topológicas estáticas o conocidas de las redes. En escenarios donde la estructura topológica de un UANET es variable en el tiempo y desconocida, el esquema propuesto en este documento logra la velocidad de convergencia más rápida.
Descripción
La sincronización de tiempo es un requisito crítico para las redes ad hoc de vehículos aéreos no tripulados (UANETs) para facilitar la navegación y el posicionamiento, el control de formación y la fusión de datos. Sin embargo, dadas las dinámicas cambiantes en los UANETs, mejorar las velocidades de convergencia de los algoritmos de sincronización de tiempo de consenso distribuidos con solo información local representa un gran desafío. Para abordar este desafío, este estudio primero establece un modelo convexo sobre la base de la teoría de grafos y teorías relevantes de matrices aleatorias para aproximar el problema original. Posteriormente, se derivan tres esquemas de aceleración para los algoritmos de consenso minimizando la norma de Frobenius de la matriz de iteración. Además, este estudio proporciona un nuevo límite superior para los pesos de comunicación constantes y discute las limitaciones de las métricas existentes utilizadas para medir las velocidades de convergencia de los algoritmos de consenso. Finalmente, los esquemas propuestos se comparan con los existentes a través de simulaciones. Nuestros resultados indican que los tres esquemas propuestos pueden lograr una convergencia más rápida mientras mantienen una sincronización de alta precisión en escenarios con estructuras topológicas estáticas o conocidas de las redes. En escenarios donde la estructura topológica de un UANET es variable en el tiempo y desconocida, el esquema propuesto en este documento logra la velocidad de convergencia más rápida.