[论文解读] Decentralized Event-Triggered Consensus over Unreliable Communication Networks

Eloy García, Yongcan Cao+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2015

Distributed Control Multi-Agent Systems参考文献 28被引用 3

一句话总结

本文提出了一种在具有非一致包丢失和时变时延的不可靠通信网络中，针对多智能体系统的去中心化事件触发一致性协议。通过使智能体基于本地误差阈值自主触发传输，该协议即使在包丢失或延迟不一致的情况下，也能确保渐近一致性并避免Zeno行为。

ABSTRACT

This article studies distributed event-triggered consensus over unreliable communication channels. Communication is unreliable in the sense that the broadcast channel from one agent to its neighbors can drop the event-triggered packets of information, where the transmitting agent is unaware that the packet was not received and the receiving agents have no knowledge of the transmitted packet. Additionally, packets that successfully arrive at their destination may suffer from time-varying communication delays. In this paper, we consider directed graphs, and we also relax the consistency on the packet dropouts and the delays. Relaxing consistency means that the delays and dropouts for a packet broadcast by one agent can be different for each receiving node. We show that even under this challenging scenario, agents can reach consensus asymptotically while reducing transmissions of measurements based on the proposed event-triggered consensus protocol. In addition, positive inter-event times are obtained which guarantee that Zeno behavior does not occur.

研究动机与目标

• 解决在多智能体系统中，当不同智能体经历的包丢失和时延不一致时，实现一致性的挑战。
• 通过允许每个接收方的差异性，放宽所有接收方具有相同丢包和时延行为的假设。
• 设计一种去中心化的事件触发协议，以减少传输频率，同时保持系统稳定性并避免Zeno行为。
• 在具有不可靠通信的一般有向图上，建立渐近平均一致性的充分条件。

提出的方法

• 智能体基于测量误差阈值使用本地事件触发规则，实现无需全局同步的自主传输决策。
• 协议将通信故障建模为非均匀包丢失和时变时延，其中每个接收智能体可能经历不同的丢失和时延模式。
• 采用改进的误差动态模型，结合测量误差和延迟/丢失更新，基于李雅普诺夫稳定性分析进行分析。
• 通过推导的不等式，对事件间时间进行下界界定，确保非Zeno行为并保证传输之间的最小时间间隔。
• 利用矩阵指数衰减估计，对一致性误差进行有界化处理，其界依赖于系统参数和时延边界。
• 通过一个包含六个智能体的有向网络的数值例子，验证了理论结果，该网络具有时变时延和随机包丢失。

实验结果

研究问题

• RQ1 在非均匀包丢失和时延条件下，采用去中心化事件触发控制的多智能体系统能否实现渐近一致性？
• RQ2 当通信不可靠且在不同接收方之间不一致时，如何避免事件触发一致性中的Zeno行为？
• RQ3 在具有不可靠通信和非同步时延的有向网络中，平均一致性的充分条件是什么？
• RQ4 事件触发阈值的选择如何影响最小事件间时间与系统鲁棒性？
• RQ5 在不可靠通信条件下，传输频率可降低到何种程度，同时仍能保持一致性？

主要发现

• 即使在接收方之间包丢失和时延不一致的情况下，所提出的协议仍能实现渐近一致性。
• 最小事件间时间被下界界定为 τ = 0.0025，确保Zeno行为不会发生。
• 允许的时延被界定为 d = 0.0223，确保在给定协议参数下系统具有稳定性和收敛性。
• 协议保持了平均一致性，因为智能体状态的初始平均值在时间上保持不变，这是由于图的无向性所致。
• 仿真结果证实，尽管存在间歇性包丢失和可变时延，六个智能体仍收敛到同一数值。
• 由于包丢失的影响，接收时间间隔明显长于广播时间间隔，证实了不可靠通信对更新频率的影响。