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智能无人机集群网络优化技术

智能无人机集群网络优化技术
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作者: , , , ,
出版社: 科学出版社
2023-01
版次: 1
ISBN: 9787030744135
定价: 169.00
装帧: 平装
开本: 16开
纸张: 胶版纸
页数: 326页
字数: 410.000千字
分类: 工程技术
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  • 智能无人机集群是未来无人化时代大国战略技术竞争的制高点之一。集群网络优化是实现集群智能协同、发挥集群数量优势的基础。本书紧密围绕智能无人机集群网络优化关键技术展开阐述，主要介绍作者在该领域的系列研究工作。全书共9章，首先分析了无人机集群网络的地位作用、归纳总结了无人机集群网络的特点、梳理了网络优化的挑战与潜力，在此基础上提出了智能无人机集群网络优化在目标、机制、方法等方面的新思考。然后分别针对资源分配、数据接入、路由选择、拓扑优化等几个关键主题，详细介绍相关的问题分析、模型建立、算法设计和实验结果。最后介绍了智能无人机集群网络优化的场景运用。 目录

    前言

    第1章无人机集群的神经系统1

    1.1无人机集群的发展及趋势4

    1.1.1无人机集群发展概况4

    1.1.2集群协同带来的优势6

    1.1.3无人机集群发展趋势8

    1.2无人机集群协同面临的挑战10

    1.2.1遥控协同模式面临的问题10

    1.2.2预先编程协同模式面临的问题11

    1.2.3仿生物群体智能协同面临的问题12

    1.3无人机集群自主协同的基础保证13

    1.3.1信息共享的途径是网络13

    1.3.2决策动作的协调靠网络14

    1.3.3集群决策的基础是网络14 

    2.4.3无人机集群网络拓扑优化研究现状25

    2.4.4无人机集群网络路由优化研究现状26

    参考文献30

    第3章无人机集群网络优化的挑战与潜力34

    3.1无人机集群网络优化的新挑战34

    3.1.1多维动态35

    3.1.2能力约束36

    3.1.3信息缺失37

    3.2无人机集群网络优化的新潜力38

    3.2.1网络弹性38

    3.2.2集体主义39

    3.2.3智能学习39

    参考文献40

    第4章智能无人机集群网络优化的新思考41

    4.1任务驱动：智能无人机集群网络优化的目标指引41

    4.2通控一体：智能无人机集群网络优化的探索思路46

    4.3群体智能：智能无人机集群网络优化的主要途径50

    4.4博弈学习：智能无人机集群网络优化的重要方法52

    4.4.1博弈论基本概念52

    4.4.2博弈论在无人机集群网络优化中的应用54

    4.4.3学习算法与博弈理论的结合55

    参考文献56

    第5章智能无人机集群网络频谱资源分配61

    5.1引言61

    5.1.1概述61

    5.1.2本章主要内容64

    5.2基于相关均衡的无人机集群频谱资源匹配优化65

    5.2.1问题引入65

    5.2.2模型建立66

    5.2.3资源需求-供应匹配优化博弈和相关均衡69

    5.2.4基于悔恨匹配过程的分布式学习算法72

    5.2.5实验结果及分析73

    5.2.6小结78

    5.3基于势能博弈的无人机集群频谱分配优化78

    5.3.1问题引入78

    5.3.2模型建立79

    5.3.3基于势能博弈的自组织频谱接入方法81

    5.3.4实现纳什均衡的多智能体学习算法83

    5.3.5实验结果及分析84

    5.3.6小结88

    5.4基于协同自治的密集集群网络频谱决策优化88

    5.4.1问题引入88

    5.4.2模型建立90

    5.4.3基于分治决策的资源分配机制91

    5.4.4实验结果及分析98

    5.4.5小结104

    5.5基于团购机制的无人机集群频谱分配优化104

    5.5.1问题引入104

    5.5.2模型建立105

    5.5.3无人机集群重叠联盟形成博弈108

    5.5.4仿真结果及分析113

    5.5.5小结117

    5.6基于联盟图博弈的多跳数据传输分配优化117

    5.6.1问题引入117

    5.6.2模型建立118

    5.6.3博弈模型设计121

    5.6.4算法设计125

    5.6.5实验结果及分析126

    5.6.6小结131

    5.7开放性讨论132

    参考文献33

    第6章智能无人机集群业务数据传输动态接入140

    6.1引言140

    6.1.1概述140

    6.1.2本章主要内容145

    6.2面向无人机业务数据的最优序贯机会频谱接入146

    6.2.1问题引入146

    智能无人机集群网络优化技术

    6.2.2模型建立147

    6.2.3业务数据模型150

    6.2.4最优序贯检测次序152

    6.2.5实验结果及分析154

    6.2.6小结156

    6.3面向异构业务数据的集群合作势能博弈接入157

    6.3.1问题引入157

    6.3.2模型建立158

    6.3.3面向业务数据的本地合作势能博弈162

    6.3.4算法设计164

    6.3.5实验结果及分析170

    6.3.6小结174

    6.4基于集群业务合作的时频二维函数化联盟博弈接入175

    6.4.1问题引入175

    6.4.2模型建立176

    6.4.3业务合作联盟博弈180

    6.4.4业务驱动联盟形成算法182

    6.4.5实验结果及分析187

    6.4.6小结192

    6.5面向集群异构业务数据的自组织业务匹配序贯接入192

    6.5.1问题分析192

    6.5.2模型建立193

    6.5.3面向业务数据的序贯接入博弈模型198

    6.5.4面向业务数据的序贯接入决策分布式学习算法199

    6.5.5实验结果及分析203

    6.5.6小结209

    6.6开放性讨论209

    参考文献210

    第7章智能无人机集群网络路由选择218

    7.1引言218

    7.1.1概述218

    7.1.2本章主要内容223

    7.2面向传输时延优化的路由选择223

    7.2.1问题分析223

    7.2.2模型建立224

    7.2.3基于深度强化学习的无人机集群路由算法设计225

    7.2.4实验结果及分析229

    7.2.5小结238

    7.3面向多个属性联合优化的路由选择239

    7.3.1问题分析239

    7.3.2模型建立239

    7.3.3基于熵权法的多属性路由决策241

    7.3.4多属性联合深度强化学习算法设计242

    7.3.5实验结果及分析247

    7.3.6小结252

    7.4考虑任务属性优先级的路由选择253

    7.4.1问题分析253

    7.4.2属性优先级分析253

    7.4.3基于属性优先级的深度强化学习算法设计254

    7.4.4实验结果及分析257

    7.4.5小结260

    7.5开放性讨论260

    参考文献261

    第8章智能无人机集群网络拓扑优化265

    8.1引言265

    8.1.1概述265

    8.1.2本章主要内容266

    8.2面向能量效率的无人机集群拓扑优化266

    8.2.1问题分析266

    8.2.2模型建立267

    8.2.3基于功率控制的无人机集群覆盖部署269

    8.2.4实验结果及分析276

    8.2.5拓展分析282

    8.2.6小结282

    8.3面向高效信息传输的无人机集群拓扑优化282

    8.3.1问题分析282

    8.3.2模型建立283

    8.3.3覆盖效用最优的联盟形成博弈286

    8.3.4基于帕累托的联盟部署算法290

    8.3.5实验结果及分析291

    8.3.6小结296

    8.4开放性讨论296

    参考文献297

    第9章智能无人机集群网络优化的场景运用299

    9.1引言299

    9.2辅助通信299

    9.2.1网络架构301

    9.2.2信道特征302

    9.2.3技术研究要点303

    9.3灾害管理和应急救援305

    9.3.1无人机集群辅助灾害管理305

    9.3.2无人机集群辅助应急救援309

    9.4空中物联网312

    9.4.1无人机物联网架构312

    9.4.2编队控制313

    9.4.3物联数据融合313

    9.5安全监控314

    9.5.1无人机安全监控概述314

    9.5.2系统构成315

    9.5.3运用例317

    9.6医疗服务319

    9.6.1无人机的医疗应用场景319

    9.6.2技术要点321

    参考文献322

    彩图
  • 内容简介:
    智能无人机集群是未来无人化时代大国战略技术竞争的制高点之一。集群网络优化是实现集群智能协同、发挥集群数量优势的基础。本书紧密围绕智能无人机集群网络优化关键技术展开阐述，主要介绍作者在该领域的系列研究工作。全书共9章，首先分析了无人机集群网络的地位作用、归纳总结了无人机集群网络的特点、梳理了网络优化的挑战与潜力，在此基础上提出了智能无人机集群网络优化在目标、机制、方法等方面的新思考。然后分别针对资源分配、数据接入、路由选择、拓扑优化等几个关键主题，详细介绍相关的问题分析、模型建立、算法设计和实验结果。最后介绍了智能无人机集群网络优化的场景运用。
  • 目录:
    目录

    前言

    第1章无人机集群的神经系统1

    1.1无人机集群的发展及趋势4

    1.1.1无人机集群发展概况4

    1.1.2集群协同带来的优势6

    1.1.3无人机集群发展趋势8

    1.2无人机集群协同面临的挑战10

    1.2.1遥控协同模式面临的问题10

    1.2.2预先编程协同模式面临的问题11

    1.2.3仿生物群体智能协同面临的问题12

    1.3无人机集群自主协同的基础保证13

    1.3.1信息共享的途径是网络13

    1.3.2决策动作的协调靠网络14

    1.3.3集群决策的基础是网络14 

    2.4.3无人机集群网络拓扑优化研究现状25

    2.4.4无人机集群网络路由优化研究现状26

    参考文献30

    第3章无人机集群网络优化的挑战与潜力34

    3.1无人机集群网络优化的新挑战34

    3.1.1多维动态35

    3.1.2能力约束36

    3.1.3信息缺失37

    3.2无人机集群网络优化的新潜力38

    3.2.1网络弹性38

    3.2.2集体主义39

    3.2.3智能学习39

    参考文献40

    第4章智能无人机集群网络优化的新思考41

    4.1任务驱动：智能无人机集群网络优化的目标指引41

    4.2通控一体：智能无人机集群网络优化的探索思路46

    4.3群体智能：智能无人机集群网络优化的主要途径50

    4.4博弈学习：智能无人机集群网络优化的重要方法52

    4.4.1博弈论基本概念52

    4.4.2博弈论在无人机集群网络优化中的应用54

    4.4.3学习算法与博弈理论的结合55

    参考文献56

    第5章智能无人机集群网络频谱资源分配61

    5.1引言61

    5.1.1概述61

    5.1.2本章主要内容64

    5.2基于相关均衡的无人机集群频谱资源匹配优化65

    5.2.1问题引入65

    5.2.2模型建立66

    5.2.3资源需求-供应匹配优化博弈和相关均衡69

    5.2.4基于悔恨匹配过程的分布式学习算法72

    5.2.5实验结果及分析73

    5.2.6小结78

    5.3基于势能博弈的无人机集群频谱分配优化78

    5.3.1问题引入78

    5.3.2模型建立79

    5.3.3基于势能博弈的自组织频谱接入方法81

    5.3.4实现纳什均衡的多智能体学习算法83

    5.3.5实验结果及分析84

    5.3.6小结88

    5.4基于协同自治的密集集群网络频谱决策优化88

    5.4.1问题引入88

    5.4.2模型建立90

    5.4.3基于分治决策的资源分配机制91

    5.4.4实验结果及分析98

    5.4.5小结104

    5.5基于团购机制的无人机集群频谱分配优化104

    5.5.1问题引入104

    5.5.2模型建立105

    5.5.3无人机集群重叠联盟形成博弈108

    5.5.4仿真结果及分析113

    5.5.5小结117

    5.6基于联盟图博弈的多跳数据传输分配优化117

    5.6.1问题引入117

    5.6.2模型建立118

    5.6.3博弈模型设计121

    5.6.4算法设计125

    5.6.5实验结果及分析126

    5.6.6小结131

    5.7开放性讨论132

    参考文献33

    第6章智能无人机集群业务数据传输动态接入140

    6.1引言140

    6.1.1概述140

    6.1.2本章主要内容145

    6.2面向无人机业务数据的最优序贯机会频谱接入146

    6.2.1问题引入146

    智能无人机集群网络优化技术

    6.2.2模型建立147

    6.2.3业务数据模型150

    6.2.4最优序贯检测次序152

    6.2.5实验结果及分析154

    6.2.6小结156

    6.3面向异构业务数据的集群合作势能博弈接入157

    6.3.1问题引入157

    6.3.2模型建立158

    6.3.3面向业务数据的本地合作势能博弈162

    6.3.4算法设计164

    6.3.5实验结果及分析170

    6.3.6小结174

    6.4基于集群业务合作的时频二维函数化联盟博弈接入175

    6.4.1问题引入175

    6.4.2模型建立176

    6.4.3业务合作联盟博弈180

    6.4.4业务驱动联盟形成算法182

    6.4.5实验结果及分析187

    6.4.6小结192

    6.5面向集群异构业务数据的自组织业务匹配序贯接入192

    6.5.1问题分析192

    6.5.2模型建立193

    6.5.3面向业务数据的序贯接入博弈模型198

    6.5.4面向业务数据的序贯接入决策分布式学习算法199

    6.5.5实验结果及分析203

    6.5.6小结209

    6.6开放性讨论209

    参考文献210

    第7章智能无人机集群网络路由选择218

    7.1引言218

    7.1.1概述218

    7.1.2本章主要内容223

    7.2面向传输时延优化的路由选择223

    7.2.1问题分析223

    7.2.2模型建立224

    7.2.3基于深度强化学习的无人机集群路由算法设计225

    7.2.4实验结果及分析229

    7.2.5小结238

    7.3面向多个属性联合优化的路由选择239

    7.3.1问题分析239

    7.3.2模型建立239

    7.3.3基于熵权法的多属性路由决策241

    7.3.4多属性联合深度强化学习算法设计242

    7.3.5实验结果及分析247

    7.3.6小结252

    7.4考虑任务属性优先级的路由选择253

    7.4.1问题分析253

    7.4.2属性优先级分析253

    7.4.3基于属性优先级的深度强化学习算法设计254

    7.4.4实验结果及分析257

    7.4.5小结260

    7.5开放性讨论260

    参考文献261

    第8章智能无人机集群网络拓扑优化265

    8.1引言265

    8.1.1概述265

    8.1.2本章主要内容266

    8.2面向能量效率的无人机集群拓扑优化266

    8.2.1问题分析266

    8.2.2模型建立267

    8.2.3基于功率控制的无人机集群覆盖部署269

    8.2.4实验结果及分析276

    8.2.5拓展分析282

    8.2.6小结282

    8.3面向高效信息传输的无人机集群拓扑优化282

    8.3.1问题分析282

    8.3.2模型建立283

    8.3.3覆盖效用最优的联盟形成博弈286

    8.3.4基于帕累托的联盟部署算法290

    8.3.5实验结果及分析291

    8.3.6小结296

    8.4开放性讨论296

    参考文献297

    第9章智能无人机集群网络优化的场景运用299

    9.1引言299

    9.2辅助通信299

    9.2.1网络架构301

    9.2.2信道特征302

    9.2.3技术研究要点303

    9.3灾害管理和应急救援305

    9.3.1无人机集群辅助灾害管理305

    9.3.2无人机集群辅助应急救援309

    9.4空中物联网312

    9.4.1无人机物联网架构312

    9.4.2编队控制313

    9.4.3物联数据融合313

    9.5安全监控314

    9.5.1无人机安全监控概述314

    9.5.2系统构成315

    9.5.3运用例317

    9.6医疗服务319

    9.6.1无人机的医疗应用场景319

    9.6.2技术要点321

    参考文献322

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