移动群智网络信道模型的研究

With the improvement of perception and coordination control system, the mobile swarm robotics equipped with information communication and collection module will be widely used in industry and other fields. The reliability analysis of communication between the robots is an important foundation for research on swarm intelligent network composed of robot group, including coordination and system planning. At present, studies of wireless channel model do not cover the robot non-halonomic constraints, and there is no highly practical modeling approach or evaluation method. Therefore, this project plans to study the statistical variation of channel characteristics with the robot or robots` motion in swarm intelligent network. Our research will extract eigenvectors describing robot motion characteristic bound up with nonholonomic motion constraints; design configurable, networked channel quality test platform with least-interference to the system under test; draw and convert the initial channel sample set, and set up a wireless channel mobile model library using the method of increasing parameter and overlying models, the technique of features-based statistics; realize algorithm to build centralized channel modeling online, to estimate distributed channel model parameters online, to evaluate correctness and validity of the channel model. Finally, the project will load the research results into the testing platform in form of software components, and provide an integrated platform with the function of sampling channel data, modeling channel reliabiltiy feature with robot mobility and predicting channel variation.

随着感知能力的提升和协调控制系统的发展，装配有信息通信与采集模块的移动机器人群将在工业等领域广泛应用。由机器人组成的群智网络要实现协作与系统规划，机器人之间数据通信的可靠性分析是重要基础。目前，对无线信道模型的研究没有覆盖机器人的运动特性，也没有实用性更高的建模方法和模型评估方法。因此，本课题将研究群智网络的信道特征随着机器人个体与群体移动的统计变化规律。本课题从分析非完整约束下机器人移动特性出发，提取描述移动的特征向量；设计对被测网络弱干扰、可配置、网络化的信道测试子平台；对原始信道样本集进行特征选择和转换，并基于特征统计技术，通过参数递增、模型叠加的方法，建立无线信道的移动模型库；实现集中式信道模型在线构建与预测的方法，分布式信道模型参数在线估计算法，评估信道模型的正确性和有效性；最后将本课题的研究成果以组件形式加载到测试子平台中，形成了集测试、建模、模型预测为一体的研究平台。

随着感知能力的提升和协调控制系统的发展，装配有信息通信与采集模块的移动机器人群将在工业等领域广泛应用。由机器人组成的群智网络要实现协作与系统规划，机器人之间数据通信的可靠性分析和相对定位是重要基础。目前，对无线信道模型的研究没有覆盖机器人的运动特性，也没有实用性更高的建模方法和模型评估方法。因此，本课题将研究群智网络的信道特征随着机器人个体与群体移动的统计变化规律。本课题完成了四个子任务，包括；建立点到点无线通信信道测试平台，实现UWB信道和802.15.4a窄带信道的测量；建立移动群智网络无线信道可靠性测试平台，为移动群智网络的设计和实现提供验证平台；对两类信号的近地传输信道进行了测量和建模，并将模型应用完成了CRLB的评估，给出了近地TOA测距的误差下限；基于信道特征实现了移动群智网络下节点相对定位算法，用于实现信道预测和后续移动群智网络的协议设计；最后基于课题搭建的测试平台验证了移动群智网络拓扑规划和路由选择的算法，建立了移动群智网络的一个示范系统。本课题主要成果是7篇SCI/EI期刊和会议论文，3项专利，2个软件著作权。