Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/630
Title: Μελέτη αποδοτικού μηχανισμού επικοινωνίας σε σμήνος που αποτελείται από διαμεσολαβητές περιορισμένων δυνατοτήτων
Authors: Σταμάτης, Παναγιώτης
Issue Date: 2007-11-13T07:30:51Z
Keywords: Νοημοσύνη σμηνών
Στιγματική συμπεριφορά
Συστήματα πολλαπλών διαμεσολαβητών
Keywords (translated): Swarm intelligence
Stigmergy
Multi-agent systems
Abstract: Πολλά συστήματα πολλαπλών διαμεσολαβητών είναι εμπνευσμένα από διάφορες κοινωνίες εντόμων, τα οποία συλλογικά πετυχαίνουν διάφορους στόχους οι οποίοι είναι αδύνατο να επιτευχθούν σε ατομικό επίπεδο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, κινητήρια δύναμη στην «συνεργασία» και τη συλλογικότητα των εντόμων είναι η στιγματική συμπεριφορά (stigmergy). Ο όρος αυτός χρησιμοποιείται στη βιολογία για να περιγράψει τον τρόπο επίδρασης αλλαγών στο περιβάλλον που προέκυψαν από μια παρελθοντική συμπεριφορά κάποιων κοινωνικών εντόμων στην συμπεριφορά ατόμων της ίδιας ομάδας. Χαρακτηριστικά παραδείγματα από τη φύση βρίσκουμε σε κάποια είδη μυρμηγκιών με τον τρόπο αναζήτησης τροφής και τη δημιουργία διαδρομών μεταξύ φωλιάς και πηγών τροφής ή την κατασκευαστική διαδικασία των τερμιτών. Αν και η έννοια αυτή είναι άρρητα συνδεδεμένη με την έκκριση μιας η περισσοτέρων χημικών ουσιών (στίγματα) για την έμμεση επικοινωνία μεταξύ ατόμων μιας κοινωνίας εντόμων, έχει εφαρμοστεί σε διαφορετικούς τομείς της επιστήμης των υπολογιστών. Αν και ένα μέρος του κλάδου της τεχνητής ζωής ασχολείται με μια ένα- προς -ένα αντιστοίχηση του έμμεσου αυτού τρόπου επικοινωνίας σε ομάδες ρομπότ που λειτουργούν στον πραγματικό κόσμο με την έκκριση κάποιας αντίστοιχης ουσίας, μεγάλο επιστημονικό ενδιαφέρον υπάρχει για την αναγωγή της έννοιας και της λειτουργίας της στιγματικής συμπεριφοράς στον ψηφιακό κόσμο: Η έννοια των ψηφιακών φερορμονών ή των στιγματικών πακέτων συναντάται, κυρίως σε αντίστοιχους αλγορίθμους δρομολόγησης πακέτων σε ένα δίκτυο κόμβων. Όσο αφορά στην ένα -προς- ένα αντιστοίχηση μηχανισμών σε συστήματα διαμεσολαβητών που λειτουργούν αναλογικά (αισθητήρες) στον πραγματικό κόσμο υπάρχουν περιπτώσεις όπου ενώ ένας στιγματικός μηχανισμός που εμφανίζεται στη φύση φαινομενικά βοηθά στην αντιμετώπιση του προβλήματος που το σύστημα καλείται να αντιμετωπίσει. Η υλοποίηση όμως ενός τέτοιου μηχανισμού μπορεί να είναι ανέφικτη λόγω τεχνικών ή / και οικονομικών λόγων. Ένας προτεινόμενος τρόπος αντιμετώπισης του προβλήματος αυτού είναι η αντιστοίχηση (προσέγγιση) ενός τέτοιου μηχανισμού με ένα μηχανισμό επικοινωνίας ο οποίος θα προσφέρει αντίστοιχα αποτελέσματα χωρίς επιπλέον ή με το μικρότερο κόστος. Για το σκοπό αυτό μπορεί να γίνει χρήση της τεχνολογίας μεταφοράς αναλογικών (π.χ ήχος, φως) ή ψηφιακών σημάτων (π.χ πακέτα δεδομένων). Πόσο στιγματικός όμως είναι μια ένας τρόπος επικοινωνίας μέσω μηνυμάτων, και ποιες είναι οι παραδοχές για κάτι τέτοιο; Μπορεί να υπάρξει αντιστοίχηση της επικοινωνίας (μέσω φερορμονών) που εμφανίζεται στη φύση με κάποιο τρόπο (ασύρματης) επικοινωνίας ο οποίος να μπορεί να εφαρμοστεί σε διαμεσολαβητές περιορισμένων δυνατοτήτων? Η αντιστοίχηση μπορεί να αξιολογηθεί με ποιοτικά κριτήρια όπως η εμφάνιση ή όχι μιας επιθυμητής συμπεριφοράς του συστήματος. Στη διπλωματική αυτή διατριβή παρουσιάζεται ένα μοντέλο ψηφιακής επικοινωνίας το οποίο θεωρητικά αντιστοιχεί στην ποιοτική στιγματική συμπεριφορά ενός συστήματος διαμεσολαβητών. Επιπλέον, εισάγονται δυο μετρήσιμα κριτήρια αξιολόγησης βάση των οποίων μπορεί να γίνει σύγκριση διαφορετικών τρόπων επικοινωνίας. Τα κριτήρια αυτά προκύπτουν από τη μοντελοποίηση μιας κοινής πλατφόρμας – συστήματος διαμεσολαβητών για ένα συγκεκριμένο σενάριο λειτουργίας. Αφού πραγματοποιήθηκαν τρεις σειρές εξομοιώσεων, προέκυψε ότι το σύστημα με χρήση ψηφιακής επικοινωνίας μπορεί να επιτύχει αυτοοργανωτική συμπεριφορά αντίστοιχη με τη συμπεριφορά όταν χρησιμοποιείται στιγματική επικοινωνία ή καμία επικοινωνία. Παρόλα αυτά, η απόδοση του συστήματος βάση των κριτηρίων αξιολόγησης δεν ήταν καλύτερη για τις περισσότερες εξομοιώσεις, κάτι που δεν ήταν θεωρητικά αναμενόμενο. Τέλος, τα αποτελέσματα των εξομοιώσεων οδηγούν σε διάφορα συμπεράσματα τα οποία πρέπει να λαμβάνονται υπόψη στη μελέτη τέτοιων συστημάτων.
Abstract (translated): Multiagent systems are inspired from insect societies, which collectively achieve different targets, each of is impossible to complete by an individual. In most cases, the driving force to insect “cooperation” and collectiveness is stigmergic behavior. This concept is used in biology to describe the way that environmental changes that occur as a result of a behavior of some social insects, affects the behavior of individuals of the same species. A prominent nature –based example is found in some ant species, where individuals use pheromones during food acquisition, creating different routes between the nest and several food sources. Another example is the termite nest building process. Stigmergy is associated to the emission of one or several chemical substances (stigmata), so as to achieve forms of indirect communication between individuals of a society, although, this concept has been used in different sections of the Computer Science. While much effort is done from the Artificial Life discipline to achieve a one-to-one equivalence of this indirect form of communication into groups of robots that operate in the real world by emitting a pheromone-alike substance, there is much interest in converting this stigmergic behavior to the digital world. The concept of digital pheromones (or stigmergic packets) is met in relative network routing algorithms. Staying on the one-to-one equivalence, there are cases and situations where a proposed stigmergic mechanism can be applied in a multiagent system, where each individual is operating using sensors and actuators inside the real world. However, the implementation of such a mechanism may be unfeasible because of technical, technological or economic reasons. A suggestion to counterattack this limitation is to approximate the stigmergic solution using a different communication mechanism, which may combine feasible, low cost implementation with corresponding to the stigmergic mechanism results. To achieve that, analog (eg light, sound) or digital (data packets) signals may be used. The question is, by using these new concepts, the mechanism of communication is classified as stigmergic and, if yes, are there any admissions? Is there any digital communication analog to the stigmergic communication which may be used to robotic and limited agents? This hypothetical equivalent can be evaluated using qualitative measures like the relevance (or absence) of a desired system behavior In this master thesis, I use a digital communication model which is theoretically assumed to be relative to the quantitative stigmergic behavior of a multiagent system. Additionally, two measurable evaluation criteria are introduced. By using these criteria, different mechanisms of communication may be compared to each other. These criteria result from the modeling of the common platform-multiagent system for a particular scenario of operation. By performing three different series of simulation, there was demonstrated that by using digital communication, the system achieves self organizing behavior relative to the behavior of the same system, using stigmergic or no form of communication. Still, the system performance (according to the introduced evaluation criteria) was not better for most cases of simulations, as it may be expected. Finally, the results lead to several conclusions that must be taken under consideration and further attention for the study of swarm intelligence based systems.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανικών Η/Υ και Πληροφορικής (ΜΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
MSc_final.pdf2.59 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.