具有通信延迟和有限数据速率的多主体系统的分布式共识

本文探讨了在通信延迟和有限数据速率条件下，多主体系统实现分布式共识的问题。分布式共识在现代控制系统、机器人集群、交通控制、网络控制、分布式计算等领域有着广泛的应用。它涉及设计一套分布式协议或控制法则，使所有智能体（agents）的状态能够最终或在有限时间内收敛至它们初始状态的平均值。然而，在实际应用中，智能体之间的信息获取和传输过程中通常会出现通信延迟，而数字通信网络的通信信道又只具有有限的容量。这就意味着智能体在每个时间步长内只能向其邻居传输有限比特的信息。 本文提出了一种基于动态编码和解码的分布式共识协议。在通信延迟受限的前提下，证明了具有有限通信数据速率的连通网络可以实现平均共识，即智能体间每次时间步长中仅交换一个比特的信息就足以保证平均共识的实现。 关键词包括多智能体系统（multiagent systems）、延迟系统（delay systems）、量化（quantization）和分布式共识（distributed consensus）。文中还引用了AMS主题分类：68M14、68Q85、68W15、53D50、68M10和68P30。 研究背景部分指出，在分布式共识领域，通信延迟是不可避免的现象，而且在传统协议下，存在通信延迟时可能无法实现共识。此外，在数字通信网络中，由于带宽限制，智能体只能将其状态的有限比特信息传输给邻居智能体。因此，通信延迟和数据速率的限制使得平均共识问题变得更加复杂。 研究论文提出了一种新的分布式共识算法，该算法考虑了通信延迟和有限数据速率的限制。在理论分析中，作者证明了在连通网络中，只要通信延迟是受限的，就可以在有限的数据速率下实现平均共识。文章进一步指出，每个时间步长中相邻智能体对之间只需要交换一个比特的信息，就能保证平均共识的达成。 文章的贡献主要在于为实际应用中不可避免的通信延迟和有限的数据传输速率提供了一种新的理论解决方案。它不仅对理论研究有重要意义，也对工程实践提供了可行的技术指导，特别是在智能交通系统、飞行器编队飞行、工业自动化等领域有着广阔的应用前景。 这项研究是利用系统与应用数学方法进行的，其理论和应用价值可能会对相关领域的发展产生重大影响。通过提出一个新颖的分布式共识协议，研究论文为解决实际多智能体系统中的通信延迟和带宽限制问题提供了科学的方法和工具。