CN109472520A - 基于区块链的多无人机任务分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于区块链的多无人机任务分配方法，包括将无人机任务信息发布到区块链上，区块链同步无人机任务信息至各个无人机节点；当所述无人机节点接收到无人机任务信息后，构建优化目标函数并计算优化目标函数结果；在区块链获得了所有无人机节点的优化目标函数结果之后执行智能合约，即将所有无人机节点的优化目标函数结果作为竞价采用拍卖算法对多无人机任务分配问题进行求解，最终获得当前任务的分配结果。本发明使用了分布式的拍卖算法提高了任务分配的速率和稳定性，并且分布式拍卖算法的去中心化思想可以和区块链完美结合；本发明利用了区块链的不可删改性，极大地提高了拍卖算法过程中的安全性和抗干扰能力。

Description

基于区块链的多无人机任务分配方法

技术领域

本发明属于智能优化算法领域，具体涉及一种基于区块链的多无人机任务分配算法。

背景技术

随着在计算机技术、传感觉技术、通信技术、材料科学等领域取得的巨大进步，目前无人机，尤其是军用无人机已经能在多方面媲美有人驾驶飞机。在现代战争的背景下，无人机更是在危险区域搜索、长距离巡航等项目中有着普通飞机难以匹敌的优势，因此对于无人机技术的发展刻不容缓。

无人机作战方案往往由多架无人机共同完成。多无人机作战，不仅能发挥无人机本身的各种优点，在作战工程中还能迅速替换故障的无人机继续执行任务，大大提高作战效率和战术的容错率，因此多无人机协同作战研究，成为了无人机技术发展的方向。

在多无人机协同作战的研究中，无人机任务的分配作为作战的第一步具有重要的作用。目前的多无人机任务分配方法主要是将问题抽象为计算机能够计算的智能优化算法。相比于人工分配结果，智能优化算法计算得到的结果往往不仅效果更好，而且效率更高。所以使用智能优化算法在较短的时间得到合理的多任务分配结构具有较大的理论和实践意义。

国内外对于多无人机任务分配的方法包括基于直观或经验在可接受的代价下给出优化问题的解的方法，包括：遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等，已经被广泛地运用于社会生活的各个领域。此类方法虽然应用广泛但仍然存在不小的问题，例如：对于大体量的优化问题，收敛速度不够理想，也难以获得较为合理的解。

发明内容

本发明的目的是解决以上多无人机任务分配方法收敛速度慢且难以获得更加合理解的问题，提供一种多无人机任务分配方法。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

提供一种基于区块链的多无人机任务分配方法，所述方法包括：

将一个或多个无人机任务信息发布到区块链上，所述区块链通过区块链共识算法同步所述无人机任务信息至所述区块链上的各个无人机节点；

当所述无人机节点接收到无人机任务信息后，根据无人机任务信息以及无人机自身信息构建优化目标函数并计算优化目标函数结果；

在区块链获得了所有无人机节点的优化目标函数结果之后执行智能合约，即将所有无人机节点的优化目标函数结果作为竞价采用拍卖算法对多无人机任务分配问题进行求解，最终获得当前任务的分配结果。

优选地，所述无人机任务信息包括任务数量n、任务T＝{T₁,T₂,…,T_n}以及每个任务j的位置(x_j,y_j)。所述无人机自身信息包括无人机位置信息。

在以上技术方案中，所述优化目标函数的表达式如下：

f＝P-d(U_i，T_j)

其中P为无人机执行的最大距离，d(U_i，T_j)表示当前无人机与当前任务之间的距离：

U_i表示无人机的编号，T_j为任务j。

在以上技术方案中，优选地所述智能合约还包括：

为每个任务设置时间窗Q，当某个单一任务的分配耗时t大于时间窗Q，则停止等待没有传送优化目标函数结果的无人机，在已获得的结果中采用拍卖算法对多无人机任务分配问题进行求解，最终获得当前任务的分配结果。

在以上技术方案中，优选地在发布无人机任务之前首先根据任务的权重对任务进行排序并按照排序将任务发布到区块链上。

在以上技术方案中，优选地所述智能合约还包括：计算无人机节点与任务的距离，当所述距离大于无人机节点的剩余航程D时，不对该无人机节点分配任务。

本发明所取得的有益技术效果：

作为一种基于智能优化算法的多无人机任务分配方法，本方法在传统的拍卖算法的基础上，提供了在任务分配过程中对于无人机可靠性的检验方法，提出了将区块链技术中的去中心化和不可更改思想应用到拍卖算法之中，结合分布式拍卖算法的理论，提高系统的安全性；本方法采用的智能合约技术与拍卖算法的体系相契合，有利于算法的实现。

附图说明

图1：本发明方法具体实施例方法流程图；

图2：本发明方法具体实施例的智能合约的具体流程图；

图3：本发明方法具体实施例的拍卖算法的具体流程图。

具体实现方法

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。本发明具体实施例总体流程如附图1，图1是本发明方法具体实施例方法流程图，该实施例基于区块链的多无人机任务分配方法包括以下步骤：

步骤S1：将一个或多个无人机任务信息发布到区块链上，所述区块链通过区块链共识算法同步所述无人机任务信息至所述区块链上的各个无人机节点；

区块链(Blockchain)是电子货币比特币(BitCoin)的核心组成部分，是由一串使用密码学方法产生的数据块组成的，每个区块都包含了上一个区块的哈希值(hash)，从创始区块(genesis block)开始连接到当前区块，形成块链。区块链也是由节点参与的分布式数据库系统。区块链具有去中心化和不可篡改两大特性。这两个特性中的前者是目前群智能研究的主要方向；后者是提升智能体安全性的重要手段，两者都与多无人机及任务分配方法相契合。

当将无人机任务发布到区块链上后，区块链可以利用自身的对等(Peer-to-Peer)网络及共识算法将无人机任务信息同步到区块链上的各个无人机节点，即将无人机任务传播至区块链上的各个无人机节点上。其中无人机任务信息优选地包括任务数量n、任务T＝{T₁,T₂,…,T_n}以及每个任务j的位置(x_j,y_j)以及任务的权重等信息。

优选地，在发布无人机任务信息之前按照任务的权重对无人机的任务进行排序，并且按照排序后的顺序发布无人机任务。

步骤S2：当所述无人机节点接收到无人机任务信息后，根据无人机任务信息以及无人机自身信息构建优化目标函数并计算优化目标函数结果；

在本实施中，所述优化目标函数的表达式如下：

f＝P-d(U_i，T_j)

其中P为无人机执行的最大距离，d(U_i，T_j)表示当前无人机与当前任务之间的距离：

U_i表示无人机的编号，T_j为任务j。

在以上优化目标函数中P为一个较大的数值，该优化目标函数采用了一个大数字减去距离就可以得到一个值域在(0，+无穷)之间的与距离正相关的优化目标函数。

步骤S3：在区块链获得了所有无人机节点的优化目标函数结果之后执行智能合约，即将所有无人机节点的优化目标函数结果作为竞价采用拍卖算法对多无人机任务分配问题进行求解，最终获得当前任务的分配结果。

在本实施例中，区块链上的每个无人机节点都会存储运行区块链上的智能合约，一个智能合约是一条以数据形式定义的承诺，包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。当无人机任务信发布到区块链上之后，无人机节点根据优化目标函数计算优化目标函数结果并同时传给智能合约去自动产生对于任务的分配结果，智能合约通过区块链通知所有无人机任务分配结果。

与现有技术相比，本实施例的无人机任务发布到区块链后，区块链将其同步到区块链的各个无人机节点，即将无人机任务存储在区块链上，当智能合约接收到无人机节点根据构建的优化目标函数计算出的结果后实施自动进行任务分配，不需要人工操作即可完成任务分配，使得任务分配的操作简便快捷，减轻系统消耗且更加安全。

在一优选地实施例中，如图2所示，在上图1的基础上，上述步骤S3的智能合约进一步包括：为每个任务设置时间窗Q，当某个单一任务的分配耗时t大于时间窗Q，则停止等待没有传送优化目标函数结果的无人机，在已获得的结果中采用拍卖算法对多无人机任务分配问题进行求解，最终获得当前任务的分配结果。

本实施例中，为每个任务设置时间窗Q即预先设定的最大等待时间限定值，如果某个单一任务的分配耗时t>Q，则智能合约停止等待那些可能因为发生故障而没有传送优化目标函数结果的无人机，节省了分配任务的等待时间，提交分配效率减少系统开销。

在一优选的实施例中，在以上实施例的基础上，智能合约还包括计算无人机节点与任务的距离，当所述距离大于无人机节点的剩余航程D时，不对该无人机节点分配任务，提高了任务执行的效率及成功率，进而提高无人机任务分配的整体质量。

在以上实施例中，所述拍卖算法流程见图3，拍卖算法是一种解决任务分配问题的传统算法，它模拟拍卖过程，将任务本身作为货物将任务执行者作为竞拍者，通过贪心算法将货物授予给出价最高的竞拍者，从而完成任务的分配。

需要说明的是，本发明方法中设计拍卖算法的实现为现有技术，在此不做赘述。

本发明方法使用了分布式的拍卖算法提高了分配方法的速率和稳定性，并且分布式拍卖算法的去中心化思想可以和区块链完美结合。本发明利用了区块链的不可删改性，极大地提高了无人机任务分配过程中的安全性和抗干扰能力。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于区块链的多无人机任务分配方法，其特征在于：包括：

将一个或多个无人机任务信息发布到区块链上，所述区块链通过区块链共识算法同步所述无人机任务信息至所述区块链上的各个无人机节点；

当所述无人机节点接收到无人机任务信息后，根据无人机任务信息以及无人机自身信息构建优化目标函数并计算优化目标函数结果；

在区块链获得了所有无人机节点的优化目标函数结果之后执行智能合约，即将所有无人机节点的优化目标函数结果作为竞价采用拍卖算法对多无人机任务分配问题进行求解，最终获得当前任务的分配结果。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的多无人机任务分配方法，其特征在于，所述无人机任务信息包括任务数量n、任务T＝{T₁,T₂,…,T_n}以及每个任务j的位置(x_j,y_j)。

3.根据权利要求1所述的基于区块链的多无人机任务分配方法，其特征在于，所述无人机自身信息包括无人机位置信息。

4.根据权利要求1所述的基于区块链的多无人机任务分配方法，其特征在于，所述优化目标函数的表达式如下：

f＝P-d(U_i，T_j)

其中P为无人机执行的最大距离，d(U_i，T_j)表示当前无人机与当前任务之间的距离：

U_i表示无人机的编号，T_j为任务j。

5.根据权利要求1所述的基于区块链的多无人机任务分配方法，其特征在于，所述智能合约还包括：

为每个任务设置时间窗Q，当某个单一任务的分配耗时t大于时间窗Q，则停止等待没有传送优化目标函数结果的无人机，在已获得的结果中采用拍卖算法对多无人机任务分配问题进行求解，最终获得当前任务的分配结果。

6.根据权利要求1～5任意一项权利要求所述的基于区块链的多无人机任务分配方法，其特征在于，在发布无人机任务之前首先根据任务的权重对任务进行排序并按照排序将任务发布到区块链上。

7.根据权利要求1～5任意一项权利要求所述的基于区块链的多无人机任务分配方法，其特征在于，所述智能合约还包括：计算无人机节点与任务的距离，当所述距离大于无人机节点的剩余航程D时，不对该无人机节点分配任务。