Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московскии технологическии университет» (МИРЭА), г. Москва, Россия ПОДХОДЫ К ФОРМИРОВАНИЮ ЕДИНОГО ИНФОРМАЦИОННОГО-УПРАВЛЯЮЩЕГО ПОЛЯ СМЕШАННЫХ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ ГРУППИРОВОК * АННОТАЦИЯ В докладе представлены основные подходы к формированию единого информационноуправляющего поля -среды, в которой осуществляется дистанционный обмен информацией и автоматическое (автоматизированное) решение задач управления в смешанных робототехнических группировках. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА Смешанные робототехнические группировки, стратегии коллективного управления, централизованное управление, децентрализованное управление, роевой интеллект, информационное взаимодействие, пертинентные информационные потоки.
Смешанные робототехнические группировки находят широкое применение при решении сложных задач в различных предметных областях от поисковых работ на местах техногенных и природных катастроф до сбора разведывательных данных. Функционирование объектов в составе смешанных робототехнических группировок предполагает наличие интеллектуальных и коммуникативных возможностеи у каждого из них для реализации группового управления, планирования поведения и распределения задании , обработки и обобщения разнороднои сенсорнои и команднои информации.
В вопросе эффективного использования смешанных робототехнических группировок центральное место занимают стратегии группового управления и информационного взаимодеи ствия, именно поэтому данныи доклад посвящен подходам к формированию единого информационно-управляющего поля -среды, в которои осуществляется дистанционныи обмен информациеи и автоматическое (автоматизированное) решение задач управления. Информационно-управляющее поле должно содержать полную, актуальную, достоверную информацию, необходимую для управления смешанными робототехническими группировками.
Основнои целью создания информационно-управляющего поля является повышение эффективности решения поставленных задач за счет совершенствования информационнои * Труды I Международной научной конференции «Конвергентные когнитивноинформационные технологии» (Convergent'2016), Москва, 25-26 ноября, 2016 поддержки процессов управления смешанными робототехническими группировками. Естественно, что наличие большого числа объектов, которые могут являться не только потребителями, но и источниками актуальнои информации, а также их территориальная распределенность обуславливают сложность создания информационно-управляющего поля.
Важными аспектами при создании информационно-управляющего поля являются установление единых правил и порядка описания, представления, формирования и использования информационных ресурсов. При этом важно обеспечивать идентичность одинаковых информационных ресурсов во всех объектах группировки и центре управления, а также однозначность их понимания всеми участниками.
При создании информационно-управляющего поля необходимо обеспечить:
-консолидацию актуальнои , полнои информации; -установление единых правил формирования информации; -возможность своевременнои и гарантированнои доставки информации объектам сообщества и др.
Следует учитывать возможность изменения перечня и содержания задач, стоящих перед объектами, поскольку это может приводить к возрастанию информационных потребностеи объектов и усложнению обеспечения соответствия передаваемои информации конкретным информационным потребностям каждого объекта в смешаннои робототехническои группировке.
Системы группового управления подразделяются на централизованные, имеющие единыи центр управления и планирования, а также на децентрализованные, в которых планирование коллективных деи ствии в группе производится каждым из ее членов самостоятельно исходя из условии достижения общих целеи .
Централизованная система управления при решении задач анализа для достижения поставленнои цели, сбора, комплексирования и интерпретации данных об особенностях текущеи ситуации, рабочеи обстановки и состоянии внешнеи среды, а также планирования целесообразных деи ствии и контроля за их реализациеи конкретными исполнителями обладает значительно большими возможностями поиска оптимального решения по сравнению с децентрализованными системами. Следует отметить, что при организации централизованнои системы управления также значительно меньше функциональная нагрузка на рядовых членов группировки, что соответственно способствует меньшему энергопотреблению по сравнению с функционированием объектов в децентрализованных системах. При этом большим недостатком организации подобного управления является уязвимость системы, поскольку выход из строя командного узла неизбежно приводит к нарушению работоспособности системы в целом.
Децентрализованные системы, т.е. системы, в которых каждыи элемент, обладает собственными логическими средствами, необходимыми для выполнения свои ственнои ему задачи, можно назвать распределенным или роевым интеллектом. Роевои интеллект подразумевает взаимодеи ствие объектов группировки на основании определенных алгоритмов -роевых алгоритмов, подробныи обзор которых представлен авторами в работах [1, ..., 3].
Основным достоинством децентрализованнои системы управления является отказоустои чивость -при выходе из строя одного или нескольких элементов система сохраняет работоспособность. При этом в рамках даннои стратегии управления на каждого члена группировки возлагается большои функционал, во многом дублирующии ся при решении задач оценки общеи обстановки и планирования необходимых деи ствии для достижения общих целеи .
В свою очередь, в зависимости от возможности согласования индивидуально принимаемых решении , стратегии децентрализованного управления делятся на коллективные (с непосредственным обменом информациеи между всеми членами группировки) и стаи ные (с опосредованнои связью на основе анализа изменении среды и обстановки при отсутствии взаимнои передачи данных). При стаи ном управлении обеспечение групповых взаимодеи ствии по существу ограничивается описанием постановки общеи прикладнои задачи и ее последующим доведением до отдельных объектов-исполнителеи , которые должны обладать достаточным уровнем интеллектуальных и функциональных возможностеи для принятия и реализации решении о форме и доле своего участия в достижении поставленнои цели. На рисунке 1 представлена классификация стратегии группового управления [4].
С точки зрения расширения функциональных возможностеи мультиагентных систем (систем, состоящих из множества агентов, коллективно решающих общую задачу) предлагается использование подхода, основанного на смешаннои или гибриднои системе управления -системе, меняющеи ся в зависимости от ситуационного развития. Данныи подход предполагает первоначальное использование централизованного управления, которое в случае выхода из строя командного центра и в период перехода к резервному центру управления, заменяется на коллективное управление (рисунок 2а). Следует отметить, что в системах централизованного и коллективного управления необходимо наличие каналов двустороннеи связи между всеми членами группировки для координации выполняемых ими деи ствии и обмена информациеи о текущем состоянии внешнеи среды. При этом каналы связи являются потенциально уязвимыми элементами функционирования любои системы, при отсутствии которых предлагаемыи подход к управлению подразумевает возможность перехода от коллективнои стратегии к стаи нои (рисунок 2б). По факту восстановления каналов связи и подключения резервного центра управления, стратегия управления меняется со стаи нои вновь на централизованную (рисунок 2 в).
Использование подхода, основанного на смешаннои (гибриднои ) системе управления, меняющеи ся в зависимости от ситуационного развития, позволяет совместить в смешаннои робототехническои группировке все основные достоинства рассмотренных выше стратегии управления: высокие возможности поиска оптимального решения в условиях нормального функционирования и отказоустои чивость. Кроме этого, возможно достижение поставленных целеи (решение поставленных задач) в усложненных условиях функционирования и в условиях неопределенности при выходе из строя командного центра управления.
На рисунке 2 представлена концептуальная схема подхода к групповому управлению смешанными робототехническими группировками.
Важным вопросом в процессе функционирования смешанных робототехнических группировок является обмен информациеи между объектами (агентами) системы. Передаваемая информация является основным элементом при коллективнои стратегии управления в смешанных робототехнических группировках.
Следует отметить, что с точки зрения быстродеи ствия, эффективности и энергопотребления на объекте должна осуществляться только целенаправленная обработка полученных данных, т.е. данных с высокои релевантностью (степенью соответствия получаемых данных, требуемым данным). Именно поэтому в рамках информационного взаимодеи ствия для решения поставленных задач объекты смешанных робототехнических группировок должны обмениваться только пертинентными информационными потоками -информационными потоками, характеризующимися степенью близости ожидаемого и полученного результатов. Пертинентные информационные потоки соответствуют конкретным информационным потребностям каждого объекта в смешаннои робототехническои группировке, что не требует дополнительных ресурсов на обработку принимаемои информации.
Для достижения пертинентности информационных потоков в смешанных робототехнических группировках предлагается подход, основанныи на конкретизации передаваемои информации. Т.е. объект, передающии информацию, полученную из внешнеи среды, классифицирует ее и передает дальше с соответствующим сигналом, по которому принимающии объект группировки определяет необходимость приема для себя даннои информации. При подобном обмене информациеи каналы связи будут перегружены, но в условиях неопределенности (при выходе из строя центрального пункта управления) такои переизбыток информации оправдан.
Концептуальная схема обмена пертинентными информационными потоками отображена на рисунке 3.
Объект 1 передает данные, классифицированные к примеру, как информация о принятом звуковом сообщении и отмеченные соответствующим сигналом, которыи на рисунке отображен синим фоном. Эта информация требуется только объектам 3 и 6 -для них это является пертинентным информационным потоком, которыи они принимают, для остальных объектов (2, 4, 5, 7) передаваемая информация бесполезна и остается не замеченнои . Аналогично происходит с данными, передаваемыми объектом 7, классифицированными к примеру, как информация о содержании токсичных веществ в воздушном пространстве, и отмеченные соответствующим сигналом, которыи на рисунке отображен розовым фоном. Объекты 1 и 2 получили свои сигнал о пертинентном информационном потоке и начали его прием. Для объектов же 3, 4, 5, 6 информационныи поток остался не замеченным в силу его не востребованности.
Использование предложенного интегрированного подхода к групповому управлению и обеспечению информационного взаимодеи ствия в мультиагентных системах позволит сформировать основу для построения единого информационно-управляющего поля, использование которого позволит повысить эффективность и уменьшить ресурсозатратность функционирования смешанных робототехнических группировок при решении сложных задач.