Cooperative multiple task assignment problem is an essential issue in the collaboration of multiple unmanned aerial vehicles (UAVs). Consensus-based bundle algorithm (CBBA) is a decentralized task assignment method that only considers homogeneous agents and independent tasks. Thus, we develop an extended CBBA with task coupling constraints (CBBA-TCC) in this paper to solve the multi-task assignment problem with task coupling constraints in the heterogeneous multi-UAV system. CBBA is a two-stage iteration algorithm with inner and outer consensus stages. The inner consensus stage is designed as a modified version of CBBA in this paper. A Can-do list is firstly raised at the beginning of bundle construction phase on each agent to record the tasks that can be performed by this agent without violating the task precedence constraints. Hence, at the inner consensus stage, each agent will only bid on the Can-do list. Then, we adopt a task performing time list for each agent to store the performing times of its assigned tasks. With associate consensus strategy of task performing time list at the conflict resolution phase, the precedence constraint of coupled tasks can be guaranteed. After reaching inner consensus, the outer consensus stage introduces an insert-position feasibility index to determine whether the assigned tasks satisfy the coupling constraints and resolve the constraint violation conflicts. Through the iterations of inner and outer consensus stages, CBBA will reach global consensus and obtain conflict-free task assignment results. Numerical simulations demonstrate the feasibility and reliability of CBBA in various search and rescue scenarios.

中文翻译：

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具有任务耦合约束的异构多无人机系统的分散任务分配

协同多任务分配问题是多无人机（UAV）协同工作中的一个基本问题。基于共识的捆绑算法（CBBA）是一种分散的任务分配方法，只考虑同构代理和独立任务。因此，我们在本文中开发了具有任务耦合约束的扩展CBBA（CBBA-TCC）来解决异构多无人机系统中具有任务耦合约束的多任务分配问题。CBBA 是一种具有内外共识阶段的两阶段迭代算法。本文将内部共识阶段设计为 CBBA 的修改版本。在每个代理的捆绑构建阶段开始时首先提出一个 Can-do 列表，以记录该代理可以在不违反任务优先级约束的情况下执行的任务。因此，在内部共识阶段，每个代理只会对 Can-do 列表进行投标。然后，我们为每个代理采用一个任务执行时间列表来存储其分配任务的执行时间。通过在冲突解决阶段任务执行时间列表的关联共识策略，可以保证耦合任务的优先约束。在达成内部共识后，外部共识阶段引入插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。每个代理只会在 Can-do 列表中出价。然后，我们为每个代理采用一个任务执行时间列表来存储其分配任务的执行时间。通过在冲突解决阶段任务执行时间列表的关联共识策略，可以保证耦合任务的优先约束。在达成内部共识后，外部共识阶段引入插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。每个代理只会在 Can-do 列表中出价。然后，我们为每个代理采用一个任务执行时间列表来存储其分配任务的执行时间。通过在冲突解决阶段任务执行时间列表的关联共识策略，可以保证耦合任务的优先约束。在达成内部共识后，外部共识阶段引入插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。我们为每个代理采用一个任务执行时间列表来存储其分配任务的执行时间。通过在冲突解决阶段任务执行时间列表的关联共识策略，可以保证耦合任务的优先约束。在达成内部共识后，外部共识阶段引入插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。我们为每个代理采用一个任务执行时间列表来存储其分配任务的执行时间。通过在冲突解决阶段任务执行时间列表的关联共识策略，可以保证耦合任务的优先约束。在达成内部共识后，外部共识阶段引入插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。通过在冲突解决阶段任务执行时间列表的关联共识策略，可以保证耦合任务的优先约束。在达成内部共识后，外部共识阶段引入插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。通过在冲突解决阶段任务执行时间列表的关联共识策略，可以保证耦合任务的优先约束。在达成内部共识后，外部共识阶段引入插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。外层共识阶段引入了插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。外层共识阶段引入了插入位置可行性指标来确定分配的任务是否满足耦合约束并解决约束违反冲突。通过内外共识阶段的迭代，CBBA将达成全局共识，获得无冲突的任务分配结果。数值模拟证明了 CBBA 在各种搜救场景中的可行性和可靠性。