МЕТОД РАЗРЕШЕНИЯ КОНФЛИКТА В МУЛЬТИАГЕНТНОЙ СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВЫЧИСЛЕНИЙ

  • Л.А. Мартынова «Концерн «ЦНИИ «Элек-троприбор»
Ключевые слова: АНПА, система управления, система энергопотребления, мультиагентная система, конфликт, метод, алгоритм, имитационная модель

Аннотация

Целью исследования является повышение эффективности функционирования авто-номного необитаемого подводного аппарата (АНПА) за счет разрешения конфликта в его мультиагентной системе управления, связанного с энергопотреблением подсистемами АНПА. При переходе от исключительного использования аккумуляторной батареи к допол-нительному использованию аккумуляторной батареи возникла необходимость разрешения противоречия между предоставлением энергоресурса разнородными источниками и его потребления. Сложность решения задачи заключалась в непредсказуемости использования различных скоростных режимов, оказывающих влияние на энергорасход АНПА. Предло-женный метод разрешения конфликта основан на декомпозиции потребителей энергоре-сурса и прогнозировании возможности выполнения проставленной перед АНПА задачи, связанной с преодолением заданного расстояния в пределах заданного времени. Для этого в работе разработан метод, в основу которого положены алгоритмы: – прогнозирования достаточности энергоресурса для преодоления заданной дистанции; – определения допус-тимого текущего расхода энергоресурса и соответствующего ему скоростного режима; – оценки времени, необходимого для преодоления оставшейся дистанции. Перечисленные алгоритмы характеризуются набором параметров, которые были оптимизированы в за-висимости от сложившихся условий в ходе выполнения аппаратом задания. В качестве критерия оптимальности использована вероятность преодоления заданной дистанции в пределах заданного времени. При оптимизации параметров учитывались: – текущий уро-вень заряда аккумуляторной батареи; – текущий уровень запаса электрохимического ге-нератора; – время, в течение которого аппарат уже преодолел часть заданной дистан-ции. По этим данным последовательно определялись: – оставшаяся дистанция; – время, затраченное на преодоление оставшейся дистанции; – запас энергоресурса, израсходованный на преодоление оставшейся дистанции. При движении в высокоскоростном режиме определялись: – оставшееся время потребления от аккумуляторной батареи; – расходуе-мый за это время энергоресурс; – оставшийся после высокоскоростного режима энерго-ресурс аккумуляторной батареи. При движении аппарата в штатном режиме рассчиты-вались: – потребление энергоресурса от электрохимического генератора с учетом одно-временного заряда аккумуляторной батареи; – время заряда аккумуляторной батареи; – время на преодоление оставшейся дистанции; – скорость, с которой необходимо дви-гаться, чтобы преодолеть оставшуюся дистанцию; – оценка достаточности энергоре-сурса на преодоление оставшейся дистанции; – удельный энергорасход, соответствующий необходимой скорости; – момент перехода в режим экономичного хода. По результатам работы предложенного алгоритма определялся текущий допустимый расход энергоресур-са, которому соответствовали: – текущий источник (аккумуляторная батарея или элек-трохимический генератор); – текущий скоростной режим (штатный или высокоскоро-стной); – прогнозируемая вероятность преодоления заданной дистанции. Тестирование предложенного метода осуществлялось с использованием специально разработанной ма-тематической модели функционирования аппарата и его системы энергообеспечения с двумя разнородными источниками энергоресурса. Программная реализация математиче-ской модели позволила провести численные эксперименты с использованием предложенного метода в различных гидрологических условиях, результаты которых показали неоспоримое преимущество предложенного метода, существенно повышающего вероятность выполне-ния аппаратом поставленной перед ним задачи.

Литература

1. Mashoshin A.I.. Skobelev P.O. Primenenie mul’tiagentnykh tekhnologiy k upravleniyu gruppoy avtonomnykh neobitayemykh podvodnykh apparatov [Application of multi-agent technologies to the management of a group of autonomous uninhabited submarines], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskiye nauki [Izvestiya SFedU. engineering sciences], 2016, No. 1. pp. 45-59.
2. Rzhevskiy G.A.. Skobelev P.O. Kak upravlyat’ slozhnymi sistemami? Multiagentnye tekhnologii dlya sozdaniya intellektual’nykh sistem upravleniya predpriyatiyami [How to manage complex systems? Multi-agent technologies for the creation of intelligent enterprise management systems] Samara: Ofort [Etching], 2015, 290 p.
3. Gorodetskiy V.I.. Grushinskiy M.S.. Khabalov A.V. Mnogoagentnye sistemy (obzor). [Multiagent systems (review)], Novosti iskusstvennogo intellekta [News of Artificial Intelli-gence], 1998, No.2, p.64-116.
4. Innocenti B. A multi-agent architecture with distributed coordination for an autonomous robot. Ph.D. dissertation – Universitat de Girona, 2009, рр.147.
5. Martynova L.A., Grinenkov A.V., Pronin A.O., Kulikovskikh Yu.V. Issledovaniye funktsionirovaniya multiagentnoy sistemy upravleniya avtonomnogo neobitaemogo podvodnogo apparata s pomoshch’yu imitatsionnogo modelirovaniya.[Investigation of the functioning of a multi-agent control system of an autonomous uninhabited underwater vehicle using simulation simulation], Naukoyemkiye tekhnologii v kosmicheskikh issledovaniyakh Zemli [High technology in space exploration of the Earth], 2017, Vol. 9, No. 5, pp. 52-65.
6. Avtonomnyye podvodnyye roboty. Sistemy i tekhnologii. [Autonomous underwater robots. Systems and technologies], ed. by Ageyeva M.D. Moscow: Nauka, 2005, 306 p.
7. Martynova L.A., Mashoshin A.I. Postroeniye sistemy upravleniya avtonomnykh neobitayemykh podvodnykh apparatov na baze mul’tiagentnoy tekhnologii [Construction of a control system for autonomous uninhabited underwater vehicles based on multi-agent technol-ogy], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. engineering sciences], 2016, No. 2 (175), pp. 38-48.
8. Martynova L.A.. Organizatsiya raspredelennykh vychisleniy v imitatsionnoy sisteme modelirovaniya raboty avtonomnogo neobitayemogo podvodnogo apparata [The organization of distributed computing in the simulation system of modeling the operation of an autonomous uninhabited underwater vehicle], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki, [Izvestiya SFedU. en-gineering sciences], 2017, No. 2 (187), pp. 100-112.
9. Martynova L.A. Metod koordinatsii funktsionirovaniya agentov v mul’tiagentnoy sisteme upravleniya ANPA [The method of coordinating the functioning of agents in the ANPA multi-agent control system], International Conference on Naval Architecture and Ocean Engineer-ing. Saint Petersburg: SPbGMTU, 2016, pp. 470-480.
10. Kostenko V.V., Mikhaylov D.N. Opredeleniye parametrov energosilovoy ustanovki avtonomnogo neobitayemogo podvodnogo apparata po zadannoy dalnosti khoda [Determina-tion of the parameters of the power-plant of an autonomous uninhabited underwater vehicle for a given range of travel], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskiye nauki [Izvestiya sfedu. engineering sciences], 2013, No. 3 (140), pp. 70-73.
11. Gerasimov V.A.. Filozhenko A.Yu.. Chepurin P.I. Struktura sistemy elektrosnabzheniya avtonomnogo neobitayemogo podvodnogo apparata. [The structure of the power supply sys-tem of an autonomous uninhabited underwater vehicle], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskiye nauki [Izvestiya sfedu. engineering sciences], 2013, No. 3 (140), pp. 47-55.
12. Martynova L. A., Konyukhov G.V.. Rukhlov N.N.. Pronin A.O. Imitatsionnaya sistema funktsionirovaniya gruppy avtonomnykh neobitayemykh podvodnykh apparatov na mul’tiagentnoy osnove [Simulation system of functioning of a group of autonomous un-manned underwater vehicles on a multi-agent basis], Materialy Mezhdunarodnoy konferentsii po morskoy robototekhnike v osvoyenii okeana «Morskaya robototekhnika 2017 [Materials of the International Conference on Marine Robotics in Ocean Development "Marine Robotics 2017], Sankt-Peterburg. Russia.
13. Martynova L.A,. Grinenkov A.V., Pronin A.O., Kulikovskikh Yu.V. Imitatsionnoye modelirovaniye funktsionirovaniya mul’tiagentnoy sistemy upravleniya avtonomnogo neobitayemogo podvodnogo apparata [Simulation modeling of functioning of a multi-agent control system of an autonomous uninhabited underwater vehicle], Trudy Vos’moy Vserossiyskoy nauchno-prakticheskoy konferentsii «Imitatsionnoye modelirovaniye. Teoriya i praktika» (IMMOD-2017) [Proceedings of the eighth All-Russian scientific-practical confer-ence "Imitation modeling. Theory and practice "(IMMOD-2017)]. St. Petersburg: Izd-vo VVM, 2017, pp.474-479.
14. Chandy K.M., Lamport L. Distributed snapshots: determining global states of distributed sys-tems, ACM Transactions on Computer Systems, 1985, No. 3 (1), pp. 63-75.
15. Chandy K.M., Misra J. The Drinking Philosophers Problem ACM TOPLAS, 6:4, October 1984, pp. 632-646.
16. Charron-Bost B. Concerning the size of logical clocks in distributed systems, Information Processing Letters, 1991, No. 39, pp. 11-16.
17. Charron-Bost В., Tel G., Mattem F. Synchronous, asynchronous, and causally ordered com-munication, Distributed Computing, 1996, No. 9 (4); pp. 173-191.
18. Fidge C. Logical time in distributed computing systems, IEEE Computer, August 1991, pp. 28-33.
19. Fowler J., Zwaenepoel W. Causal distributed breakpoints, Proceeding: of the 10th Interna-tional Conference on Distributed Computing System, 1990, pp. 134-141.
20. Mattern F. Virtual time and global states of distributed systems, Proceedings of die Parallel and Distributed Algorithms Conference (Cosnard, Quinton, Raynal, Robert Eds.). North-Holland, 1988, pp. 215-226.
21. Raymond K. Tree-based algorithm for distributed mutual exclusion, ACM Transactions on Computer Systems, 1989, No. 7, pp. 61-77.
22. Raynal M. A simple taxonomy of distributed mutual exclusion algorithms, Operating Systems Review, 1991, No. 25 (2), pp. 47-50.
23. Ricart G., Agrawala A.K. An optimal algorithm for mutual exclusion in computer networks, Communications of die ACM, 1981, No. 24 (1), pp. 9-17.
24. Kosyakov M. S. Vvedeniye v raspredelennyye vychisleniya [Introduction to distributed compu-ting]. Saint Petersburg: NIU ITMO, 2014, 155 p.
Опубликован
2019-04-03
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ. II. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ И ОБЛАЧНЫЕ ВЫЧИСЛЕНИЯ