Decentralizirani višeagentski sustav za interakciju sa zajednicom pčela zasnovanu na algoritmu konsenzusa

doctoral thesis

• Title (english): Decentralized multi-agent system for interaction with a honeybee society based on a consensus algorithm
• Author: Karlo Griparić
• Mentor: Stjepan Bogdan (mentor)
• Committee member: Stjepan Bogdan (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; (Department of Control and Computer Engineering); Zagreb
• Defense date and country: 2018, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering; Automation and Robotics
• Universal decimal classification (UDC): 621.3 - Electrical engineering

Abstract

Evolucijski optimirani procesi odlučivanja i koordinacije između jedinki mnogih bioloških vrsta dovode do njihovog efikasnog djelovanja u cilju preživljavanja i reprodukcije. Zbog univerzalnosti pojave kompleksnog ponašanja, istraživanje algoritama i modela ponašanja jedinki u biološkim zajednicama predstavlja veliki potencijal za primjenu u višeagentskim sustavima. U disertaciji je opisan mehatronički sustav za interakciju sa zajednicom pčela, sastavljen od umreženih statičkih senzorsko-aktuatorskih jedinica. Ciljevi razvijenoga višeagentskog sustava uključuju istraživanje reakcije pčela na tri vrste fizičkih stimulacija i izgradnju biohibridnoga kolektivnog sustava. Jedinice na temelju mjerenja stanja u zajednici pčela, koje se mogu slobodno gibati unutar eksperimentalne arene, autonomno generiraju različite uzorke stimulacija čime izazivaju određenu reakciju pčela. Koordinacija između jedinica, čiji je cilj izvršavanje zajedničkog zadatka, realizirana je korištenjem distribuiranog upravljanja. Implementiranjem konsenzus algoritma ostvarena je kooperacija između dvaju različitih vrsta kolektivnih sustava, gdje su pčele i višeagentski sustav u mogućnosti obaviti zajednički zadatak. Ostvareni rezultati prikazuju uspješnu kooperaciju i potencijal interakcije u budućim aplikacijama. Nadalje, kooperativno upravljanje višeagentskim sustavom zahtijeva postojanje komunikacijske mreže između agenata. Održavanje povezanosti komunikacijskog grafa osnovni je preduvjet uspješnog upravljanja decentraliziranim sustavom. U disertaciji je predložen algoritam decentraliziranog određivanja globalne povezanosti višeagentskog sustava u dinamičkoj topologiji korištenjem algoritma konsezusa zasnovanog na povjerenju. Na temelju određene mjere povezanosti grafa, definiranom algebarskom povezanosti, predložena je metoda upravljanja povezanosti primjenom modifiranog Albert-Barabási vjerojatnosnog modela kreiranja veza između agenata prema kojem agent s većim stupnjem ima veću vjerojatnost kreiranja nove veze. U sustavu s dinamičkom topologijom predložen je postupak uporabe više različitih komunikacijskih kanala u cilju postizanja bolje kvalitete komunikacije između agenata. Za osiguranje ispravnog rada algoritma upravljanja povezanosti također je definirana metoda promjene broja agenata koji djeluju u sustavu. Verifikacija rada predloženih algoritama i metoda određivanja i upravljanja povezanosti komunikacijskog grafa provedena je simulacijski za različiti broj agenata i topologije grafa.

Abstract (english)

Evolutionary optimized decision making process, as observed in nature in many different animal species, is responsible for efficient coordination in their every day activities including survival and reproduction. The potential for distributed coordination has caused an increased interest in collective behaviour research in recent years because of its applicability to a broad spectrum of decentralized multi-agent systems. This dissertation presents a novel robotic system developed for researching collective social mechanisms in biohybrid society of robots and honeybees. The designed decentralized multi-agent system is capable of interacting with honeybees within an experimental arena through three types of physical stimuli. The coordination among robots in the developed system is established using distributed controllers. The cooperation between two different types of collective systems is realized by means of a consensus algorithm, enabling the honeybees and the robots to achieve a common objective. Furthermore, information exchange among agents in decentralized multi-agent system is essential in coordination process. In this dissertation a decentralized trust-based consensus algorithm for estimation of the algebraic connectivity is presented. To guarantee the accomplishment of the global objective and system’s performance a connectivity control method is proposed, which creates and deletes links based on the probabilistic distribution. Presented results show successful cooperation indication its potential for future applications.

• Keywords: decentralizirani višeagentski sustav; interakcija sa zajednicom pčela; konsenzus algoritam; određivanje i upravljanje povezanošću višeagentskog sustava
• Keywords (english): decentralized multi-agent system; interaction with a honeybee society; consensus algorithm; estimation and control of algebraic connectivity
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:998865
• Study programme: Title: Electrical Engineering and Computing; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: Doktor znanosti elektrotehnike i računarstva (Doktor znanosti elektrotehnike i računarstva)
• Type of resource: Text
• Extent: 114 str. ; 30 cm.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2019-04-03 15:24:39