分布式導航系統容錯機制關鍵技術研究.pdf

1、為使分布式導航系統在GPS故障或信號中斷時能夠繼續(xù)完成導航任務并完成作戰(zhàn)計劃,有必要提高分布式導航系統的容災容錯性能,即研究分布式容錯導航仿真平臺,導航信息存儲數據結構、導航節(jié)點間通信協議、分布式導航系統的容錯算法四個方面的容錯關鍵技術。由于容錯機制的本質是在系統出現故障時各功能單元繼續(xù)執(zhí)行所要求功能的能力,在分布式導航系統中以通過GPS得到的定位數據為基礎進行導航,因此對系統中GPS定位數據進行有效管理和合理利用,能夠完成在GPS信號

2、中斷狀況下快速恢復分布式導航系統各節(jié)點的通信功能和導航功能,論文都是圍繞如何運用分布式導航系統中各節(jié)點既有的GPS“殘跡”交互信息和尋路導航展開論述。本文主要從分布式導航系統容錯機制中容錯系統仿真平臺和容錯算法兩個方面進行深入研究和改進,以滿足分布式導航系統的容錯要求。論文主要研究內容如下:
　　1.運用兵棋推演系統進行分布式導航系統容錯算法仿真。由于傳統的兵棋推演系統采用人工驅動方式,即對象間的信息交互完全由人工交互實現,需要完

3、成的工作量巨大,導致系統中的若干干擾因素都被忽略,在對容錯導航算法進行仿真驗證時將嚴重失真,因此將消息驅動機制引入兵棋推演系統的系統結構與功能模塊中,解決兵棋系統驅動的自動化問題和對象間的通信問題,通過設計人機接口模塊、消息驅動模塊、棋盤和棋子的結構,在單位棋子節(jié)點中引入導航數據結構和屬性,可以加載本文提出的基于GPS“殘跡”的容錯導航算法;同時,添加大量的仿真測試接口,以便測試不同的導航算法。經與傳統兵棋系統仿真測試進行比較,完成相似

4、任務的時耗降低50％左右,人工干預次數僅是傳統系統的25%,CPU負載率降低了15%。
　　2.研究移動自組織網絡中的對等節(jié)點容錯導航算法(GVDN)。在故障時系統中各節(jié)點將脫離GPS信號,因無法繼續(xù)完成導航,造成迷航等問題,而移動自組織網絡能夠在不依托固定通訊設施的基礎上,支持節(jié)點動態(tài)的通信,并能較好控制流量,因此提出一種基于移動自組織網絡的對等節(jié)點容錯導航算法,以解決分布式導航系統中的容錯問題。該算法以故障前的GPS“殘跡”數

5、據為基礎,設計“殘跡”存儲的數據結構、系容錯通信協議、電子地圖接口、人機接口和對等節(jié)點交互協議和算法的流程。在“殘跡”采集與處理模塊應用樸素貝葉斯分類法對已獲得“殘跡”和關鍵點進行分類、在道路預測與評估模塊中采用智能曲線識別算法對道路或可行路徑的相似性進行判斷。經兵棋推演系統仿真試驗,協議具有較強的抗死鎖能力,平均通信信道占用率均未達到峰值,平均內存占用量控制在10M以內,容錯過程中時耗和CPU占用率均有所降低。
　　3.研究群組

6、分布式容錯導航算法(GFTN)。由于對等節(jié)點容錯導航算法在節(jié)點數量多的大規(guī)模分布式導航系統中,雖然算法精度較高,但容易耗盡系統資源,因此,采用群體智能理論來解決系統的全局優(yōu)化問題,以適應廣域分布的群組節(jié)點容錯導航。針對算法的體系結構、功能模塊與數據結構、交互協議、數據包結構等方面進行了設計,本文提出了按地理位置進行殘跡存儲,改進滑動窗口進行數據轉發(fā)和利用的方案,解決了單個領航節(jié)點能力與群內節(jié)點分布廣、通信量大的問題;提出了分組蟻群算法,

7、使同組節(jié)點盡可能選擇相同或相近的同行道路或區(qū)域,以解決移動節(jié)點數量多與可通行路徑少的矛盾;提出了群組內共享信息的方案,解決了導航過程中重復計算的問題。
　　4.在GVDN和GFTN算法的驗證和仿真試驗中,采用反應式Agent體系結構進行仿真,避免了復雜的邏輯推理驗證,規(guī)定了Agent模型的屬性、處理和行動規(guī)則,經過測試,Agent模型仿真粒度小,可用性高,可模型大規(guī)模虛擬場景,容納更多的導航對象,在系統性能方面具有穩(wěn)定和低耗的優(yōu)勢