多机器人通信的优化方案

多机器人系统在民用、军事和航空领域均有着非常广阔的应用前景，由于其分布式的特点，可以提高任务完成的效率，并可以完成许多单机器人不能胜任的任务。将传感器网络引入多机器人系统是近年来的一个重要研究趋势。无线传感器网络使得多机器人系统具有更强的感知能力和信息传输交互能力。在多机器人系统中保持通信连通是非常重要的，很多应用场景中，保证多机器人处于连通状态是上层应用成为可能的先决条件。

许多研究表明，即使少量的数据通信也可以在特定任务中显著提高多机器人的性能。近年来，保持多机器人系统的连通性逐渐成为多机器人研究领域中的热点问题。为了确保多机器人系统的连通性，国内外学者进行了相应的研究。国内外对多机器人连通性的研究不仅集中在保持通信连通方面，而且也针对无线传感器网络环境下非连通的多机器人系统如何建立连通。在研究无线传感器网络环境下多机器人系统如何建立连通性的算法的基础上，解决了初始状态不连通的多机器人系统通过无线传感器网络建立连通关系，最后形成直接连通的多机器人网络。

研究结果表明，可以在由机器人节点和无线传感器网络节点组成的环境中快速计算出机器人连通子网，通过改进优化（一般为Dijkstra）算法，高效计算出不同连通子网间的最短路径，并将最短路径中的无线传感器网络节点设置为虚拟领导者，诱导不同机器人子网相互靠近，最终可以形成直接连通的机器人网络，为下一步研究多机器人协作控制提供必要的通信保证。

通信是机器人获取协作信息的主要手段之一。从广义上理解，通信是指机器人之间的交互方式，通过这种交互，多机器人系统中的每一个机器人可以了解系统中其他机器人的意图、目标、动作，以及当前环境的状态信息等，并依据这些信息，与其他机器人进行有交互的协商，协作完成给定任务。

在多机器人协调协作系统中，机器人之间的通信方式可以分为显式通信和隐式通信两类。机器人之间直接进行信息交流的通信方式称为显式通信，机器人通过环境来获取系统中其他机器人的信息的通信方式称为隐式通信。隐式通信方式又可以分为主动隐式通信和被动隐式通信。被动隐式通信是指在无显式通信的多机器人系统中，机器人使用传感器被动地感知环境的变化，并依据机器人内部的推理，理解模型来获取其他机器人的距离、方位等信息，并根据这些信息进行相应的决策与协作，是一种基于传感器信息的通信方式。主动隐式通信是指在多机器人系统中，各个机器人可以通过某种方式在环境中留下某些特定的信息进行信息传递，机器人通过感知系统获取外界环境信息的同时，也可能获取其他机器人遗留在环境中的某些特定信息。

采用显式通信，机器人可以获取其他机器人的准确信息，但是，当机器人的数量增加时，系统的通信负担急剧增加，可能导致系统的运行效率降低，严重时出现系统工作不正常甚至系统瘫痪。采用隐式通信，虽然机器人获取的信息不完全可靠，但是机器人系统的可靠性、容错性、稳定性等性能均优于采用显式通信的系统。因此，对于多机器人协作系统的通信问题，既要研究适合于多机器人系统实时性要求的通信协议、通信方式、网络拓扑结构等，又要利用智能机器人具有的对周围环境的感知和推理能力，研究机器人系统能够基于对合作伙伴行为的推理机制，获取合作伙伴的相关信息的通信控制策略，使机器人在没有显式通信，或者显式通信中断时，仍能完成给定的任务。(www.xing528.com)

根据通信方式的不同，又分为三种体系结构。

一是系统的各智能体间没有精确的通信或相互作用，仅仅是在共享环境（实际上是共享内存）的基础上以环境为媒体作最简单、最有限的相互作用。

二是基于传感器信息的智能体间相互作用，也就是，智能体间同样地没有精确的通信，而是通过传感器的相互检测获取对方信息，产生局部的相互反应，它要求智能体能识别其他个体，并区别于环境中的其他物体。这种方法多用于诸如群集（flocking）、图式形成（pattern formation）的集体行为。

三是智能体间存在精确通信，用点对点、公告或广播的形式传递信息。这种通信结构类似于网络，因此，涉及许多标准的网络问题，如网络拓扑结构和通信协议的设计等。