Диссертация (Модели, алгоритмы и программное обеспечение многоагентных робототехнических систем), страница 4

Так,например, проблема организации целесообразных взаимодействий междуактивными элементами в составе МАРС охватывает две важнейшихсоставляющих [20]:планирование координированных действий агентов (исходя из анализапоставленной прикладной задачи, хода ее выполнения и имеющихсяресурсов)споследующимформированиемираспределениемсоответствующих заданий между роботами;обеспечениеинформационно-логическоговзаимодействияисовместимости агентов (как на уровне использования единых форматовпредставления данных, систем сообщений, команд и целеуказаний, так и науровне технических каналов их передачи).Очевидно при этом, что унификация и стандартизация аппаратныхсредств и программного обеспечения бортовых систем управления роботами,как активных элементов многоагентной системы является тем важнейшимфактором, который будет определять возможность и эффективностьобеспеченияихинформационно-логическогосовместимости [1].23взаимодействияиКроме того, обеспечение взаимодействия агентов, так или иначе,сопряжено с необходимостью обобщения собираемых ими в процессефункционирования разнородных сенсорных данных, а также формированияединой модели внешней среды и рабочей обстановки.

Только наличие такихмоделей будет обуславливать возможность принятия решений, адекватныхтекущей ситуации в условиях неопределенности внешней среды.Другая, не менее важная проблема построения МАРС связана сорганизацией развитого человеко-машинного интерфейса, позволяющегообеспечить оперативную постановку общей прикладной задачи. Способ егопостроения должен с одной стороны полностью удовлетворять требованиямудобства и простоты работы оператора, а с другой стороны – отвечатьособенностямзакладываемыхметодовиалгоритмовпланированиякоординированных действий роботов.1.2.2 Анализ методов и стратегий группового управленияРяд существующих методов группового управления выделяет вкачестве одной из основных проблем организации МАС проблему принятияколлективного решения по управлению входящими в ее состав агентами [5,13].Подходы к решению данного вопроса основаны на формированиифункционала, экстремум которого соответствует целевому состоянию МАС,а многомерный аргумент – потенциально возможным действиям агентов [15].Очевидно, что значения аргумента, обеспечивающие экстремум целевогофункционала, и будут определять искомый план действий агентов.Так, например, один из наиболее активно развиваемых в теориимногоагентных систем подходов, связан с использованием методов сетевыхпереговоров и компенсационных торгов [10, 34] для распределенияфинансовых, материальных и других ресурсов при решении задач логистики,формирования портфелей заказов и т.д.24В то же время, существенное значение для прикладных областейробототехники, и МАРС в частности имеет не только распределениеуправляющихрешениймеждуроботами,ноиучетдопустимойпоследовательности выполнения отдельных технологических операций.Изучение вариантов целесообразной организацииколлективногоповедения в живой природе и человеческом сообществе, а также примеровреальнодействующихМАРСсвидетельствуетосуществованиипринципиально различных стратегий группового управления, принятаяклассификация которых [13, 23] представлена на рис.

1.10.Рис. 1.10. Классификация стратегий группового управленияТак,стратегиицентрализованногоуправленияпредполагаютсосредоточение всей совокупности командно-контролирующих функций введении некоторого единого органа, обеспечивающего планирование икоординацию целесообразных действий агентов при решении общихприкладных задач. Соответствующая структура системы централизованногоуправления (рис. 1.11, а) должна предусматривать наличие каналовдвусторонней связи между командно-контролирующим органом и каждым изчленов группировки.Главный недостаток этой схемы заключается в ее потенциальнойуязвимости, поскольку выход из строя командного узла неизбежно приводитк нарушению работоспособности системы в целом.25К числу основных достоинств систем централизованного управлениянеобходимо отнести существенное сокращение функциональной нагрузки нарядовых членов группировки, когда множество важнейших и сложнейших посвоей сути вопросов, включая анализ поставленной прикладной задачи, сбор,комплексирование и интерпретацию данных об особенностях текущейситуации, рабочей обстановки и состоянии внешней среды, а такжепланирование целесообразных действий и контроль за их реализациейконкретными исполнителями, заведомо относятся к компетенции командноконтролирующего органа.а)б)в)г)Рис.

1.11. Возможные варианты сетевой архитектуры МАРС: а)централизованная; б) децентрализованная; в), г) разновидностисмешаннойВ свою очередь стратегии децентрализованного управления (рис. 1.11,б) предполагают, что планирование коллективных действий в группепроизводится каждым из ее членов самостоятельно исходя из условийдостижения общих целей.

В зависимости от возможности согласованияиндивидуально принимаемых решений, стратегии децентрализованного26управления делятся на коллективные (с непосредственным обменоминформациеймеждувсемичленамигруппировки)истайные(сопосредованной связью на основе анализа изменений среды и обстановкипри отсутствии взаимной передачи данных).Главноедостоинствоподобноговариантапостроениясистемызаключается в сохранении ее работоспособности при выходе из строя одногоили нескольких элементов [13]. Но недостаток децентрализованных системуправления связан со значительным объемом функций, возлагаемых накаждого члена группировки, во многом дублирующих друг друга прирешении задач оценки общей обстановки и планирования необходимыхдействий для достижения общих целей.Следует отметить, что стайные стратегии группового управлениязанимают особое место среди прочих. При стайном управлении обеспечениегрупповыхвзаимодействийпосуществуограничиваетсяописаниемпостановки общей прикладной задачи и ее последующим доведением досведения отдельных исполнителей, которые должны обладать достаточнымуровнем интеллектуальных и функциональных возможностей для принятия иреализации решений о форме и доле своего участия в достижениипоставленной цели.

В сфере технических приложений проблематикастайного управления фактически сводится к вопросам формированияцелесообразного поведения задачно-ориентированных интеллектуальныхагентов, автономно функционирующих в условиях неопределенности [14].В общем случае системы группового управления могут строиться нетолько в соответствии с централизованной и децентрализованной, но исмешаннойПрименениеструктурой,такогоформируемойродасистемпоиерархическомуохватываетзадачипринципу.управлениягруппировками большой численности, все участники которых считаютсяаприорно разделенными на ряд мелких формирований.

При этом, дляуправления как самими формированиями, так и отдельными исполнителями27в их составе могут использоваться различные организационные структурыгруппового управления (рис. 1.11, в, г).Целесообразность использования той или иной стратегии управления вкаждомконкретномслучаеопределяетсяусловиямирешенияиособенностями прикладной задачи, стоящей перед МАРС, необходимой ивозможной степенью контроля за их действиями, а так же за изменениемобстановки и текущего состояния внешней среды.В то же время, совершенно очевидно, что вопросы выбора стратегиигруппового управления тесно связаны с необходимостью обеспечениянадежных каналов сетевой связи [6, 7]. Так, в частности, специфика задачгруппового управления автономными роботами в составе многоагентныхсистем характеризуется следующими основными факторами:исходная численность и состав группировки может достигать сотенединиц автономных роботов различных типов и назначения;численностьгруппировкиможетизменятьсявпроцессееефункционирования (например, в связи с выходом из строя части роботов, чтоболее чем вероятно для сферы военных приложений);вариациипараметровпространственногосостояниячленовгруппировки могут происходить в широком диапазоне расстояний искоростей.1.2.3 Анализ возможностей современных технологий беспроводнойсвязи для организации информационного обмена в МАРСПеречисленные особенности информационного обмена во многомпредопределяют основные требования, предъявляемые к технологиям связи вМАРС.Очевидно,чтовсилумногочисленностииподвижностиробототехнических агентов обмен информацией между ними в подавляющембольшинстве случаев может быть организован только по беспроводнымканалам связи (за исключением некоторых типов МАРС промышленного28назначения,допускающимиприменениепроводногосоединениявсоответствии с требованиями к своему построению и эксплуатации).Анализсовременныхтехнологийбеспроводнойсетевойсвязиубедительно свидетельствует о возможности организации надежных каналовпередачи данных на достаточно большие расстояния для обеспеченияинформационного взаимодействия автономных роботов, функционирующихв составе многоагентных систем.Решение этой задачи основывается на обоснованном выборе той илииной технологии беспроводной связи с учетом требований к стоимостиприемо-передающего оборудования, скорости информационного обмена,дальностидействияинформационногоит.д.обменавКромеМАРСтого,организацияпредполагаетнадежногоиспользованиеспециализированных протоколов передачи данных, обеспечивающих принеобходимости ретрансляцию сообщений подвижным абонентскими узлами(по аналогии с так называемыми mesh-сетями [56]).В частности, для практической реализации информационного обмена вМАРС на базе мобильных роботов, действующих в экстремальных средах,перспективными являются технологии беспроводной передачи данныхWiMAX и Wi-Fi [68], характеристики которых приведены в табл.

1.1.Целесообразностьиспользованияэтихтехнологийобусловленаширокой доступностью совместимого оборудования на рынке и высокимискоростями передачи данных, утвержденными в их спецификациях.WiMAX – это система беспроводной связи дальнего действия,предоставляющая интернет-соединение типа точка-точка. В общем видеWiMAX сети состоят из базовых и абонентских станций, а такжеоборудования, связывающего базовые станции между собой, с поставщикомсервисов и с Интернетом.Wi-Fi – система более короткого действия, обычно покрывающаядесятки метров.

Данная технология также предоставляет соединения типаточка-точка, но в отличие от WiMAX, сетевые адаптеры могут выступать не29только в роли абонентов, но и в роли базовых станций, что открываетвозможностидляпостроениядецентрализованныхсетейобменаинформацией.Табл. 1.1. Сравнительная таблица стандартов беспроводной связиТехнологияСтандартПропускнаяРадиус действияЧастоты(WMAN), до 100н/д (стандарт вн/д (стандарт вМбит/с (Mobileразработке)разработке)способностьдо 1 Гбит/сWiMax 2802.16mWMAN)WiMax802.16eдо 40 Мбит/с1-5 км2,3-13,6 ГГцWiMax802.16dдо 75 Мбит/с25-80 км1,5-11 ГГцWi-Fi802.11gдо 54 Мбит/сдо 300 метров2,4 ГГцдо 450 Мбит/с (вWi-Fi802.11nперспективе до 600до 300 метровМбит/с)2,4 — 2,5 или5,0 ГГцWi-Fi802.11aдо 54 Мбит/сдо 300 метров5,0 ГГцWi-Fi802.11bдо 11 Мбит/сдо 300 метров2,4 ГГцНаличие широкого спектра технологий и устройств беспроводнойпередачи данных позволяет утверждать, что реализация информационногообмена в многоагентных робототехнических системах принципиальноосуществима.

В то же время отдельного внимания при создании МАРСзаслуживает вопрос разработки протокола обмена данными прикладногоуровня. Решение данного вопроса требует тщательного анализа спецификизадач, решаемых робототехнической группировкой, составления базы командуправления робототехническими агентами, а также запросов и уведомлений остатусе выполнения отдельных технологических операций.301.2.4 Разработка обобщенной структуры МАРСРассмотренные требования к функциональным возможностям иосновные проблемы организации МАРС, выявленные по результатам анализапримеров их практического применения, фактически предопределяютобобщенную структуру многоагентной робототехнической системы (рис.1.12).Рис. 1.12.Обобщенная структурная схема МАРСВнешняя среда функционирования МАРС может быть источникомзначительных возмущений, действующих на входящих в ее состав агентов.По этой причине конструкция и бортовое оснащение робототехническихагентов выбираются с расчетом на эффективное функционирование взависимости от конкретной прикладной задачи.