W rozdziale tym przestawione zostaną założenia i model symulacyjny pewnego abstrakcyjnego systemu wielorobotowego tworzonego przez grupę homogenicznych robotów mobilnych, działających w dwuwymiarowej przestrzeni i wykonujących pojawiające się tam zadania. Model ten następnie do przeprowadzenia eksperymentów symulacyjnych, których wyniki zostaną zaprezentowane i omówione w dalszej części pracy. Otrzymane wyniki tych eksperymentów pozwolą wykazać poprawność tezy przedstawionej w rozdziale 2.
Budując model symulacyjny przyjęto następujące założenia:
– Środowiskiem działania robotów będzie prostokątny, zamknięty, pozbawiony przeszkód obszar. Jego rozmiar zostanie określony za pomocą parametrów MAXX i MAXY. Pozwoli to na prowadzenie eksperymentów w obszarach o różnych rozmiarach.
– W takim środowisku umieszczona zostanie pewna liczba (ROBOT_MAX) jednakowych (homogenicznych) robotów. Wielkość ta również będzie sparametryzowana, by możliwe było badanie zachowania się systemu dla różnej liczby robotów.
– Każdy z robotów będzie mógł wykonywać w jednej chwili czasu tylko jedno zadanie.
– Każdemu z robotów zostanie przyporządkowany numer (z zakresu MAX
ROBOT_ ..
1 ) służący do identyfikacji robota.
– Zachowanie się każdego robota będzie kontrolowane w sposób niezależny od pozostałych. Roboty tworzyć będą system zdecentralizowany. W systemie nie będzie centralnego elementu koordynującego lub oddziałującego na zachowanie się robotów.
– W środowisku będą pojawiać się zadania do wykonania przez roboty. Całkowita ilość zadań będzie określona jako parametr środowiska (TASK_MAX).
– Pojawianie się zadań w systemie będzie procesem rozłożonym w czasie i mającym charakter losowy. Pozwoli to obserwować zachowanie się systemu
(robotów) w warunkach dynamicznych – ilość zadań będących do wykonania może być zmienna w czasie.
– Każde zadanie opisywane będzie zestawem parametrów określających jego położenie oraz nakład pracy, jaki jest wymagany do jego wykonania (ponadto dodatkowe cechy np. wynagrodzenie, jakie uzyska wykonujący zadanie). Nakład pracy charakteryzowany będzie przez dwa parametry: nakład energii i ilość czasu potrzebną do wykonania zadania.
– Każde zadanie będzie mogło być wykonane przez każdego robota.
– Rozpoczęcie wykonywania zadania przez robota wiązać się będzie z koniecznością jego zakończenia. Robot nie będzie miał możliwości porzucenia zadania w trakcie jego wykonywania (analiza przypadku, gdy możliwe będzie przerwanie wykonywania zadania wydaje się być interesującym tematem dalszych badań, nie będących przedmiotem tej pracy), robot nie będzie mógł rozpocząć wykonywania zadania, jeśli jego stan nie pozwoli na ukończenie tego zadania.
– Zadania pojawiające się w systemie będą zadaniami prostymi. Oznacza to, że w odróżnieniu od zadań złożonych, do wykonania których wymagana jest większa liczba robotów, jedno zadanie będzie mogło zostać wykonane tylko przez jednego robota. W przypadku zadań złożonych możliwa będzie dekompozycja takiego zadania na odpowiednią ilość zadań prostych.
– Zarówno robot jak i zadanie będą reprezentowane w systemie jako punkt materialny (obiekt o zerowym rozmiarze).
– Stan robota będzie opisywany za pomocą zestawu zmiennych pozwalających określić w dowolnej chwili jego aktualne położenie i jego stan energetyczny. – Roboty będą posiadały możliwość komunikacji pomiędzy sobą. Zostanie ona
wykorzystana do przesyłania szeroko pojętej informacji, związanej z przydzielaniem zadań poszczególnym robotom. Komunikacja będzie posiadać ograniczony zasięg (definiowany parametrem COMMRANGE). Wielkość ta również będzie sparametryzowana. Pozwoli to na ocenę działania systemu w warunkach nieograniczonej komunikacji (zasięg będzie rozciągnięty do nieskończoności) i w sytuacji występowania ograniczeń komunikacyjnych.
– Wiedza robota na temat środowiska oparta będzie na danych uzyskanych z układów percepcji danego robota, lub pozyskanych od innych robotów za pośrednictwem komunikacji.
– Egzystencja robota w systemie będzie zużywać jego zasoby energetyczne. Ilość zużywanych zasobów zależeć będzie od aktualnego stanu robota (nawet jeśli robot aktualnie nie wykonuje żadnej pracy ani nie przemieszcza się, to musi chociażby utrzymywać aktywność kanału komunikacyjnego).
– Zużycie energii przez robota w procesie przemieszczania się określone zostanie parametrem ρ określającym ilość energii potrzebną na przebycie jednostkowej odległości.
– Wykonanie zleconego robotowi zadania powodować będzie także zużywanie jego zasobów energetycznych. Ilość tych zasobów określana jest przez jeden z elementów charakteryzujących zlecone zadanie. (W przypadku robotów heterogenicznych o różnym stopniu przystosowania do wykonywania różnego rodzaju zadań, ilość ta będzie korygowana współczynnikiem zwiększającym zużycie energii własnej robota, odwrotnie proporcjonalnie do przystosowania danego robota do wykonywania określonego typu zadania.)
Zachowanie się pojedynczego, rzeczywistego robota będącego składnikiem grupy robotów, w sytuacji braku centralnego systemu kontrolnego jest zjawiskiem (procesem) całkowicie asynchronicznym w stosunku do zachowania się pozostałych członków tej grupy. Ponieważ będziemy mieć do czynienia z systemem zdecentralizowanym, w procesie analizy i projektowania mechanizmów kontrolujących zachowanie poszczególnych robotów zastosowane zostało podejście agentowe. Agent kierujący zachowaniem każdego robota będzie wyposażony w niezbędny aparat zachowań umożliwiających poprawne funkcjonowanie robota w modelowanym środowisku. Główny nacisk położony będzie na zachowania agenta związane z przydzielaniem zadań pojawiających się w środowisku. Pozostałe formy jego aktywności zostały ograniczone do zachowań niezbędnych.
Badanie systemu wielorobotowego, opartego na wymienionych wcześniej założeniach, zostanie przeprowadzone przy użyciu symulacji komputerowej. Zdaniem autora, proces modelowania i symulacji tego systemu można oprzeć na mechanizmie symulacji zdarzeniowej [13], która wydaje się być intuicyjną techniką symulacji tego typu
systemów. Mechanizm ten pozwala skutecznie usunąć z procesu symulacji elementy nieistotne z punktu widzenia badanych zjawisk. Wydaje się on również niezwykle elastyczny w sytuacji, gdy konieczna jest zamiana modelu zdarzeniowego na model symulacji sterownej zegarem. Możliwe jest to poprzez stosunkowo prostą modyfikację przyjętego modelu zdarzeniowego.