Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Mendonça, Rafael Mathias de
Data de Publicação: 2014
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
Texto Completo: http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11829
Resumo: Swarm Intelligence has been proposed based on the observation of social behavior of insect species, birds and fishes. The main idea of this collective behavior is to perform a complex task decomposing it into many simple tasks, that can be easily performed by individuals of the swarm. Coordinated realization of these simple tasks while adhering to a pre-defined distribution of execution, allows for the achievement of the original complex task. The problem of task allocation arises from the need of assigning tasks to individuals in a coordinated fashion, allowing a good management of the swarm. Task allocation is a dynamic process because it requires a continuous adjustment in response to changes in the environment, the swarm configuration and/or the performance of the swarm. Swarm robotics emerges from this context of collective cooperation applied to swarms of real robots. In this approach, complex problems are solved by performing complex tasks using swarms of simple robots, with a limited processing and communication capabilities. Aiming at achieving flexibility and reliability, the allocation should emerge as a result of a distributed process. With the decentralization of the problem and the increasing number of robots in the swarm, the allocation process acquires a high complexity. Thus, the problem of task allocation can be characterized as an optimization process that assigns tasks to robots, so that the desired proportion is met at the end of the optimization process, find the desired solution. In this dissertation, we propose two algorithms that follow different to the problem of dynamic task allocation approaches: one is local and the other global. The algorithm for dynamic allocation of tasks with a local approach (ADTL) updates the task assignment of each robot based on a deterministic assessment of the current knowledge it has so far about the tasks allocated to the other robots of the swarm. The algorithm for dynamic task allocation with a global approach (ADTG) updates the allocation of tasks based on a swarm optimization process, inspired by PSO (Particle swarm optimization). In ADTG, each robot has a possible solution to the swarm allocation, which is continuously updated through the exchange of information between the robots. The allocations are evaluated for their fitness in meeting the goal proportion. When the allocation of highest fitness in the swarm is identified, all robots of the swarm are allocated to the tasks defined by this allocation. The proposed algorithms were implemented on swarms of different arrangements of real robots demonstrating their efficacy, robustness and efficiency, certified by obtained the results.
id UERJ_ea952d3e03136f8473f57e4527c2a78b
oai_identifier_str oai:www.bdtd.uerj.br:1/11829
network_acronym_str UERJ
network_name_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
repository_id_str 2903
spelling Nedjah, Nadiahttp://lattes.cnpq.br/5417946704251656Mourelle, Luiza de Macedohttp://lattes.cnpq.br/4189604454431782Coelho, Leandro dos Santoshttp://lattes.cnpq.br/3483667901818921Veloso, Sheila Regina Murgelhttp://lattes.cnpq.br/0662797102623056http://lattes.cnpq.br/1247547311201857Mendonça, Rafael Mathias de2021-01-06T19:18:56Z2015-03-242014-02-21MENDONÇA, Rafael Mathias de. Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.. 2014. 130 f. Dissertação (Mestrado em Redes de Telecomunicações; Sistemas Inteligentes e Automação) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, r, 2014.http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11829Swarm Intelligence has been proposed based on the observation of social behavior of insect species, birds and fishes. The main idea of this collective behavior is to perform a complex task decomposing it into many simple tasks, that can be easily performed by individuals of the swarm. Coordinated realization of these simple tasks while adhering to a pre-defined distribution of execution, allows for the achievement of the original complex task. The problem of task allocation arises from the need of assigning tasks to individuals in a coordinated fashion, allowing a good management of the swarm. Task allocation is a dynamic process because it requires a continuous adjustment in response to changes in the environment, the swarm configuration and/or the performance of the swarm. Swarm robotics emerges from this context of collective cooperation applied to swarms of real robots. In this approach, complex problems are solved by performing complex tasks using swarms of simple robots, with a limited processing and communication capabilities. Aiming at achieving flexibility and reliability, the allocation should emerge as a result of a distributed process. With the decentralization of the problem and the increasing number of robots in the swarm, the allocation process acquires a high complexity. Thus, the problem of task allocation can be characterized as an optimization process that assigns tasks to robots, so that the desired proportion is met at the end of the optimization process, find the desired solution. In this dissertation, we propose two algorithms that follow different to the problem of dynamic task allocation approaches: one is local and the other global. The algorithm for dynamic allocation of tasks with a local approach (ADTL) updates the task assignment of each robot based on a deterministic assessment of the current knowledge it has so far about the tasks allocated to the other robots of the swarm. The algorithm for dynamic task allocation with a global approach (ADTG) updates the allocation of tasks based on a swarm optimization process, inspired by PSO (Particle swarm optimization). In ADTG, each robot has a possible solution to the swarm allocation, which is continuously updated through the exchange of information between the robots. The allocations are evaluated for their fitness in meeting the goal proportion. When the allocation of highest fitness in the swarm is identified, all robots of the swarm are allocated to the tasks defined by this allocation. The proposed algorithms were implemented on swarms of different arrangements of real robots demonstrating their efficacy, robustness and efficiency, certified by obtained the results.A Inteligência de Enxame foi proposta a partir da observação do comportamento social de espécies de insetos, pássaros e peixes. A ideia central deste comportamento coletivo é executar uma tarefa complexa decompondo-a em tarefas simples, que são facilmente executadas pelos indivíduos do enxame. A realização coordenada destas tarefas simples, respeitando uma proporção pré-definida de execução, permite a realização da tarefa complexa. O problema de alocação de tarefas surge da necessidade de alocar as tarefas aos indivíduos de modo coordenado, permitindo o gerenciamento do enxame. A alocação de tarefas é um processo dinâmico pois precisa ser continuamente ajustado em resposta a alterações no ambiente, na configuração do enxame e/ou no desempenho do mesmo. A robótica de enxame surge deste contexto de cooperação coletiva, ampliada à robôs reais. Nesta abordagem, problemas complexos são resolvidos pela realização de tarefas complexas por enxames de robôs simples, com capacidade de processamento e comunicação limitada. Objetivando obter flexibilidade e confiabilidade, a alocação deve emergir como resultado de um processo distribuído. Com a descentralização do problema e o aumento do número de robôs no enxame, o processo de alocação adquire uma elevada complexidade. Desta forma, o problema de alocação de tarefas pode ser caracterizado como um processo de otimização que aloca as tarefas aos robôs, de modo que a proporção desejada seja atendida no momento em que o processo de otimização encontre a solução desejada. Nesta dissertação, são propostos dois algoritmos que seguem abordagens distintas ao problema de alocação dinâmica de tarefas, sendo uma local e a outra global. O algoritmo para alocação dinâmica de tarefas com abordagem local (ADTL) atualiza a alocação de tarefa de cada robô a partir de uma avaliação determinística do conhecimento atual que este possui sobre as tarefas alocadas aos demais robôs do enxame. O algoritmo para alocação dinâmica de tarefas com abordagem global (ADTG) atualiza a alocação de tarefas do enxame com base no algoritmo de otimização PSO (Particle swarm optimization). No ADTG, cada robô possui uma possível solução para a alocação do enxame que é continuamente atualizada através da troca de informação entre os robôs. As alocações são avaliadas quanto a sua aptidão em atender à proporção-objetivo. Quando é identificada a alocação de maior aptidão no enxame, todos os robôs do enxame são alocados para as tarefas definidas por esta alocação. Os algoritmos propostos foram implementados em enxames com diferentes arranjos de robôs reais demonstrando sua eficiência e eficácia, atestados pelos resultados obtidos.Submitted by Boris Flegr (boris@uerj.br) on 2021-01-06T19:18:56Z No. of bitstreams: 1 Rafael Mathias de Mendonca.pdf: 1801698 bytes, checksum: 83d3645ae3dfda5988ec0b2f9a2cc1aa (MD5)Made available in DSpace on 2021-01-06T19:18:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Rafael Mathias de Mendonca.pdf: 1801698 bytes, checksum: 83d3645ae3dfda5988ec0b2f9a2cc1aa (MD5) Previous issue date: 2014-02-21application/pdfporUniversidade do Estado do Rio de JaneiroPrograma de Pós-Graduação em Engenharia EletrônicaUERJBRCentro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de EngenhariaElectronic EngineeringDynamic task allocationSwarm roboticsDistributed computingSwarm intelligenceEngenharia EletrônicaAlocação dinâmica de tarefasRobótica de enxameComputação distribuídaInteligência de enxameCNPQ::ENGENHARIASAlgoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.Distributed algorithms for dynamic task allocation using swarm of robots.info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJinstname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)instacron:UERJORIGINALRafael Mathias de Mendonca.pdfapplication/pdf1801698http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/11829/1/Rafael+Mathias+de+Mendonca.pdf83d3645ae3dfda5988ec0b2f9a2cc1aaMD511/118292024-02-27 15:16:43.786oai:www.bdtd.uerj.br:1/11829Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttp://www.bdtd.uerj.br/PUBhttps://www.bdtd.uerj.br:8443/oai/requestbdtd.suporte@uerj.bropendoar:29032024-02-27T18:16:43Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)false
dc.title.por.fl_str_mv Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
dc.title.alternative.eng.fl_str_mv Distributed algorithms for dynamic task allocation using swarm of robots.
title Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
spellingShingle Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
Mendonça, Rafael Mathias de
Electronic Engineering
Dynamic task allocation
Swarm robotics
Distributed computing
Swarm intelligence
Engenharia Eletrônica
Alocação dinâmica de tarefas
Robótica de enxame
Computação distribuída
Inteligência de enxame
CNPQ::ENGENHARIAS
title_short Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
title_full Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
title_fullStr Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
title_full_unstemmed Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
title_sort Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.
author Mendonça, Rafael Mathias de
author_facet Mendonça, Rafael Mathias de
author_role author
dc.contributor.advisor1.fl_str_mv Nedjah, Nadia
dc.contributor.advisor1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/5417946704251656
dc.contributor.advisor-co1.fl_str_mv Mourelle, Luiza de Macedo
dc.contributor.advisor-co1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/4189604454431782
dc.contributor.referee1.fl_str_mv Coelho, Leandro dos Santos
dc.contributor.referee1Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/3483667901818921
dc.contributor.referee2.fl_str_mv Veloso, Sheila Regina Murgel
dc.contributor.referee2Lattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/0662797102623056
dc.contributor.authorLattes.fl_str_mv http://lattes.cnpq.br/1247547311201857
dc.contributor.author.fl_str_mv Mendonça, Rafael Mathias de
contributor_str_mv Nedjah, Nadia
Mourelle, Luiza de Macedo
Coelho, Leandro dos Santos
Veloso, Sheila Regina Murgel
dc.subject.eng.fl_str_mv Electronic Engineering
Dynamic task allocation
Swarm robotics
Distributed computing
Swarm intelligence
topic Electronic Engineering
Dynamic task allocation
Swarm robotics
Distributed computing
Swarm intelligence
Engenharia Eletrônica
Alocação dinâmica de tarefas
Robótica de enxame
Computação distribuída
Inteligência de enxame
CNPQ::ENGENHARIAS
dc.subject.por.fl_str_mv Engenharia Eletrônica
Alocação dinâmica de tarefas
Robótica de enxame
Computação distribuída
Inteligência de enxame
dc.subject.cnpq.fl_str_mv CNPQ::ENGENHARIAS
description Swarm Intelligence has been proposed based on the observation of social behavior of insect species, birds and fishes. The main idea of this collective behavior is to perform a complex task decomposing it into many simple tasks, that can be easily performed by individuals of the swarm. Coordinated realization of these simple tasks while adhering to a pre-defined distribution of execution, allows for the achievement of the original complex task. The problem of task allocation arises from the need of assigning tasks to individuals in a coordinated fashion, allowing a good management of the swarm. Task allocation is a dynamic process because it requires a continuous adjustment in response to changes in the environment, the swarm configuration and/or the performance of the swarm. Swarm robotics emerges from this context of collective cooperation applied to swarms of real robots. In this approach, complex problems are solved by performing complex tasks using swarms of simple robots, with a limited processing and communication capabilities. Aiming at achieving flexibility and reliability, the allocation should emerge as a result of a distributed process. With the decentralization of the problem and the increasing number of robots in the swarm, the allocation process acquires a high complexity. Thus, the problem of task allocation can be characterized as an optimization process that assigns tasks to robots, so that the desired proportion is met at the end of the optimization process, find the desired solution. In this dissertation, we propose two algorithms that follow different to the problem of dynamic task allocation approaches: one is local and the other global. The algorithm for dynamic allocation of tasks with a local approach (ADTL) updates the task assignment of each robot based on a deterministic assessment of the current knowledge it has so far about the tasks allocated to the other robots of the swarm. The algorithm for dynamic task allocation with a global approach (ADTG) updates the allocation of tasks based on a swarm optimization process, inspired by PSO (Particle swarm optimization). In ADTG, each robot has a possible solution to the swarm allocation, which is continuously updated through the exchange of information between the robots. The allocations are evaluated for their fitness in meeting the goal proportion. When the allocation of highest fitness in the swarm is identified, all robots of the swarm are allocated to the tasks defined by this allocation. The proposed algorithms were implemented on swarms of different arrangements of real robots demonstrating their efficacy, robustness and efficiency, certified by obtained the results.
publishDate 2014
dc.date.issued.fl_str_mv 2014-02-21
dc.date.available.fl_str_mv 2015-03-24
dc.date.accessioned.fl_str_mv 2021-01-06T19:18:56Z
dc.type.status.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/publishedVersion
dc.type.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/masterThesis
format masterThesis
status_str publishedVersion
dc.identifier.citation.fl_str_mv MENDONÇA, Rafael Mathias de. Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.. 2014. 130 f. Dissertação (Mestrado em Redes de Telecomunicações; Sistemas Inteligentes e Automação) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, r, 2014.
dc.identifier.uri.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11829
identifier_str_mv MENDONÇA, Rafael Mathias de. Algoritmos distribuídos para alocação dinâmica de tarefas em enxame de robôs.. 2014. 130 f. Dissertação (Mestrado em Redes de Telecomunicações; Sistemas Inteligentes e Automação) - Universidade do Estado do Rio de Janeiro, r, 2014.
url http://www.bdtd.uerj.br/handle/1/11829
dc.language.iso.fl_str_mv por
language por
dc.rights.driver.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.format.none.fl_str_mv application/pdf
dc.publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.publisher.program.fl_str_mv Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica
dc.publisher.initials.fl_str_mv UERJ
dc.publisher.country.fl_str_mv BR
dc.publisher.department.fl_str_mv Centro de Tecnologia e Ciências::Faculdade de Engenharia
publisher.none.fl_str_mv Universidade do Estado do Rio de Janeiro
dc.source.none.fl_str_mv reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
instname:Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron:UERJ
instname_str Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
instacron_str UERJ
institution UERJ
reponame_str Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
collection Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ
bitstream.url.fl_str_mv http://www.bdtd.uerj.br/bitstream/1/11829/1/Rafael+Mathias+de+Mendonca.pdf
bitstream.checksum.fl_str_mv 83d3645ae3dfda5988ec0b2f9a2cc1aa
bitstream.checksumAlgorithm.fl_str_mv MD5
repository.name.fl_str_mv Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UERJ - Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ)
repository.mail.fl_str_mv bdtd.suporte@uerj.br
_version_ 1792352310077161472