7853

ارائه‌ يك روش پيشنهادي براي تشخيص و واكنش نسبت به اشياء خارجي در سامانه‌هاي گروهي

كارشناسي

مهندسي كامپيوتر

1400

دكتر مهرداد آشتياني

1401/04/31

مهندسي كامپيوتر

A Method for Detecting and Reacting to Obstacles in Flocking Systems

در طراحي سيستم‌هاي كاربردي در فضاي مهندسي مي‌توان از منابع متنوعي الهام گرفت. از ديرباز يكي از منابع الهام بخش در اين زمينه پديده‌هاي طبيعي بوده است. از اقتباس از ظاهر موجودات در طراحي وسايل نقليه‌اي كه محيط حركت آنها خشكي، دريا و يا آسمان است گرفته تا بهره‌گيري از رفتار آنها در طراحي الگوريتم‌هايي كه بايد مشكلي را در شرايط خاصي رفع كنند. يكي از اين الگوريتم‌‌ها، الگوريتم‌هاي كنترل سامانه‌هاي گروهي است. در اين دسته از الگوريتم‌ها، با اسقتباس از رفتار جانداراني كه به صورت گروهي زندگي و حركت مي‌كنند، مانند ماهي‌ها يا پرنده‌ها، مي‌توان سيستمي متشكل از اشياء هوشمند، مانند ربات‌هاي پرنده، را به گونه‌اي كنترل كرد تا رفتاري مشابه اين جانداران داشته باشند. اين گونه‌ سيستم‌ها در موارد مختلفي نظير امداد و نجات، حركات نمايشي و ... كاربرد دارند. اين سيستم‌ها با توجه به دارا بودن شبكه‌اي از موجودات هوشمند كه به صورت هماهنگ با يكديگر فعاليت مي‌كنند، كارايي بالاتري نسبت به سيستم‌هاي تك واحدي در زمينه امداد را به دارند. همچنين با استفاده از پهپادهاي نوراني به عنوان اشياء هوشمند در اين سيستم‌ها، امكان نورپردازي در شب و ايجاد اشكال مفهومي در آسمان شب توسط اين سيستم‌ها فراهم مي‌شود. از طرفي، به دليل امكان استفاده چندباره از اين ربات‌ها در مقابل وسايل آتش بازي كه فقط يك بار قابل استفاده هستند، هزينه استفاده ازاين سيستم‌ها در جشن‌ها و فستيوال‌ها بسيار كمتر از وسايل آتش‌بازي است. تاكنون الگوريتم‌هاي متعددي براي پياده سازي چنين سيستم‌هايي ارائه شده است كه به طور كلي به سه دسته‌ي متمركز ، غيرمتمركز و توزيع شده تقسيم مي‌شوند. از آنجايي كه در الگوريتم‌هاي متمركز چالش‌هايي مانند وجود نقطه‌ي شكست يكتا و سختي برقراري ارتباط ميان اعضا وجود دارد، الگوريتم‌هاي غيرمتمركز كه با انتخاب چند رهبر براي گروه پياده‌سازي مي‌شوند تا حدي ساختار را بهبود مي‌دهند. اما ساختار توزيع شده، كه در آن هر عضو براي خود تصميم مي‌گيرد، راهكارهاي بهينه‌‌تري براي پياده‌سازي اين سيستم‌ها هستند. از طرفي، اين سيستم‌ها با ريسك‌هايي نظير برخورد اعضاي گروه به يكديگر يا برخورد با يك شي خارجي روبرو هستند. طي سال‌ها تلاش، چالش موجود در برخورد اعضا با يكديگر برطرف شده اما چالش تشخيص و واكنش نسبت به اشياء خارجي جهت جلوگيري از برخورد، به خصوص در سيستم‌هاي توزيع شده، همچنان وجود دارد. در اين پايان‌نامه، بر پايه‌ي يكي از الگوريتم‌هاي كنترل گروهي توزيع شده، ابتدا روشي براي تشخيص وجود شيء خارجي در محيط به صورتي كه به ساختار توزيع شده‌ي سيستم وفادار باشد، ارائه شده. پس از آن با استفاده از اطلاعات دريافت شده از روش قبل، روشي براي واكنش نسبت به شيء تشخيص داده شده نيز پيشنهاد شده است. در مرحله‌ي تشخيص ابتدا هركدام از اعضا يك قلمرو براي گروه تعيين مي كند به صورتي كه همه اعضا درون قلمرو قرار بگيرند و هيچ شيء ديگري در قلمرو نباشد. سپس هر شيءاي كه از خارج اين محدوده وارد قلمرو شود را به عنوان يك شي، خارجي درنظر گرفته و تغييرات مورد نياز براي حلوگيري از برخورد به شيء مورد نظر را در حركت خود اعمال مي‌كنند. در ارزيابي اين روش، هرچه تعداد برخوردهاي اتفاق افتاده بين اعضا با يكديگر يا با اشيا خارجي كمتر باشد عملكرد سيستم بهتر است. در نهايت تعداد برخورد‌ها با اعمال اين روش و در محيطي كه در آن اشياء خارجي به سمت گروه پرتاب مي‌شود، يك سوم تعداد برخورد‌ها در حالت پايه و محيط مشابه است.

Flocking Algorithms , Control Systems , Identification Friend or Foe , Obstacle Avoidanve