(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111251156.3 (22)申请日 2021.10.26 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市秦淮区御道街 29号 (72)发明人 董超　屈毓锛　沈赟　周福辉　 吴启晖　 (74)专利代理 机构 南京钟山专利代理有限公司 32252 代理人 徐燕 (51)Int.Cl. G06N 20/00(2019.01) (54)发明名称 一种无人机自组网分布式联邦学习方法和 系统 (57)摘要 本发明公开了一种无人机自组网分布式联 邦学习方法， 包括： 在每一轮训练过程中， 每个无 人机接收多个单跳邻居节点发来的本地模型参 数， 将接收的多个单跳邻居节 点的本地模型与该 无人机自身的本地模型进行聚合； 在得到的聚合 模型基础上进行模型更新生 成新一轮本地模型； 再将更新得到的新一轮本地模型参数广播给各 个邻居节点； 在每一轮训练开始之前， 对无人机 自组网结构进行重构以更新每个无人机的单跳 邻居节点列表， 再开始本轮训练。 本发明大大提 高了无人机自组网联邦学习的鲁棒性， 同时也能 提高无人机网络中联邦学习的灵活性和敏捷性， 使联邦学习能够更好地适应网络拓扑高动态的 无人机网络 。 权利要求书2页 说明书6页 附图5页 CN 113971461 A 2022.01.25 CN 113971461 A 1.一种无人机自组网分布式联邦学习方法， 其特征在于， 所述无人机自组网对应的无 人机集群由多架带有本地数据集并具有模型训练能力的无 人机组成； 所述学习方法包括以下步骤： 在每一轮训练过程中， 每个无人机接收多个单跳邻居节点发来的本地模型参数， 将接 收的多个单跳邻居节 点的本地模型与该无人机自身的本地模型进 行聚合； 在得到的聚合模 型基础上进行模型更新生成新一轮本地模型； 再将更新得到的新一轮本地模型参数广播给 各个邻居节点； 在每一轮训练开始之前， 对无人机自组网结构进行重构以更新每个无人机的单跳邻居 节点列表， 再开始本轮训练。 2.根据权利要求1所述的无人机自组网分布式联邦学习方法， 其特征在于， 在每一轮训 练开始之前， 对无 人机自组网结构进行重构以更新每 个无人机的单跳邻居节点列表包括： 当任意一个邻居节点遭受攻击、 出现故障或者离开时， 从单跳邻居节点列表中删除该 邻居节点； 当有新的节点加入时， 根据该节点的网络特性生成该节点的单跳邻居节点列表 并更新相应无 人机的单跳邻居节点列表。 3.根据权利要求1所述的无人机自组网分布式联邦学习方法， 其特征在于， 任意一个无 人机i的学习过程包括以下步骤： S1， 在第t轮训练中， 无人机i首先接收K个单跳邻居节点发来的本地模型参数Wi+1， t， Wi+2， t...Wi+K， t； i＝1， 2， ...， N， N为无人机集群的无 人机总数； t为大于等于1的正整数； S2， 将接收的多个本地模型与节点自身的本地模型进行模型聚合： 式中， 表示无人机i在第t轮训练时模型聚合后得到的聚合模型参数， Di+k表示第i+k 架无人机的本地数据集大小； S3， 在得到的聚合模型基础上进行模型 更新生成新一轮本地模型： 式中， Wi， t+1表示无人机i利用聚合的模型参数更新得到的新一轮的本地模型参数， 表示交叉熵损失函数对 的偏导， λ表示学习率； S4， 将更新得到的新一轮本地模型参数广播给各个邻居节点， 以此向各个邻居节点传 输来自无 人机i的本地模型， 供邻居节点在下一轮训练中进行模型聚合。 4.根据权利要求3所述的无人机自组网分布式联邦学习方法， 其特征在于， 每个无人机 的本地数据集相互独立。 5.根据权利要求1所述的无人机自组网分布式联邦学习方法， 其特征在于， 所述学习方 法还包括以下步骤： 分别采用各个无人机个体的训练损失值、 无人机自组网的平均训练损失值和无人机自 组网的训练延迟 对学习效果进行评估。 6.一种基于权利要求1 ‑5任一项所述分布式联邦学习方法的无人机自组网分布式联邦权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113971461 A 2学习系统， 其特征在于， 所述无人机 自组网对应的无人机集群由多架带有本地数据集并具 有模型训练能力的无 人机组成； 所述分布式联邦学习 系统包括 安装在每 个无人机上的学习装置； 该 学习装置包括： 模型采集模块， 用于在每一轮训练过程中， 接收多个单跳邻居节点发来的本地模型参 数； 聚合模块， 用于将接收的多个单跳邻居节点的本地模型与该无人机自身的本地模型进 行聚合； 模型更新模块， 用于在得到的聚合模型基础上进行模型 更新生成新一轮本地模型； 广播模块， 用于将更新得到的新 一轮本地模型参数广播给 各个邻居节点； 节点列表维护模块， 用于在每一轮训练开始之前， 对无人机自组网结构进行重构以更 新当前无人机的单跳邻居节点列表。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113971461 A 3