Publicação
Resilient middleware for a multi-robot team
| Resumo: | Actualmente, equipas de robôs móveis intervém em diversos contextos e ambientes onde a intervenção humana é perigosa ou mesmo impossível, podemos mencionar como exemplo a vigilância de espaços físicos, como zonas militares ou nucleares. Devido à crescente complexidade inserida nos seus sistemas, esses robôs ficam mais poderosos mas paradoxalmente mais susceptíveis a falhas de hardware e software. Além disso, a incerteza na comunicação wireless pode privá-los temporariamente do seu suporte de informação remoto. Este tipo de problema pode ser causado pelo alcance limitado do emissor wireless e pelas zonas de sombra criadas pelo terreno. Por todas essas razões, desenhar arquitecturas capazes de oferecer mais resiliência para controlo das aplicações, tornou-se um verdadeiro desafio. Este documento aborda um motor cooperativo e resiliente para equipas de robôs que lhes permite partilharem uma vista comum e lidar com novos eventos de uma forma fiável e resiliente. Este middleware tem como função estabelecer a guarda de uma qualquer zona física e detectar eventos inabituais como os intrusos. Neste ultimo caso, um robô tem que encontrar uma maneira de bloquear o intruso para o impedir de fugir. O sistema apoia-se em duas características chave, a primeira é uma camada de controlo baseado em dois sub-módulos de controlo, o payload e o wormhole, a segunda é uma arquitectura baseada em eventos que executam tarefas do payload. Em relação à camada de controlo, o payload pode ser complexo e acede à informação partilhada pelos robôs enquanto que o wormhole é confiável mas apenas utiliza a informação local. O payload utiliza uma estrutura de dados chamada “promessa” na qual fornece o deadline correspondente ao momento mais tarde onde deve enviar a próxima promessa. No caso de receber esta promessa depois do deadline, o wormhole considera que o payload falhou, toma o controlo e executa as tarefas criticas no lugar do payload. Os eventos são propagados às traves de uma estrutura em forma de alvor, da raiz até as folhas. Cada folha do alvor é um módulo que pode ser executado e produz eventos. A produção dos eventos no alvor pode ser assimilado a uma reacção em cadeia. Durante o ciclo dos eventos as traves do alvor não são possíveis, o que permite evitar as reacções não controladas e garantem assim a estabilidade do sistema. A juntar a essa arquitectura, propomos também neste documento alguns mecanismos de sincronizações resilientes, para manter uma vista coerente num mundo ou de navegação para dar ao robô a possibilidade de se mover no mundo e de encontrar o melhor caminho. Guardar uma vista homogénea do mundo é um ponto fundamental que pode não ser fácil em caso de uma reunião de dois grupos. Introduzimos três implementações de middleware, uma versão simulada usada para validar arquitectura e testar a sincronização dos algoritmos num ambiente multi-robô, uma versão móvel apontada para ser implementado em plataformas de hardware compostas por robôs móveis reais e finalmente uma versão de posição capaz de comunicar com robôs móveis, recolher informação e enviar ordens remotas. |
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| Autores principais: | Vial, Eric Emmanuel Pascal, 1972- |
| Assunto: | Middleware Comunicação de grupo Robôs móveis Sincronização de vista Teses de mestrado - 2010 |
| Ano: | 2010 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade de Lisboa |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Repositório da Universidade de Lisboa |
| Resumo: | Actualmente, equipas de robôs móveis intervém em diversos contextos e ambientes onde a intervenção humana é perigosa ou mesmo impossível, podemos mencionar como exemplo a vigilância de espaços físicos, como zonas militares ou nucleares. Devido à crescente complexidade inserida nos seus sistemas, esses robôs ficam mais poderosos mas paradoxalmente mais susceptíveis a falhas de hardware e software. Além disso, a incerteza na comunicação wireless pode privá-los temporariamente do seu suporte de informação remoto. Este tipo de problema pode ser causado pelo alcance limitado do emissor wireless e pelas zonas de sombra criadas pelo terreno. Por todas essas razões, desenhar arquitecturas capazes de oferecer mais resiliência para controlo das aplicações, tornou-se um verdadeiro desafio. Este documento aborda um motor cooperativo e resiliente para equipas de robôs que lhes permite partilharem uma vista comum e lidar com novos eventos de uma forma fiável e resiliente. Este middleware tem como função estabelecer a guarda de uma qualquer zona física e detectar eventos inabituais como os intrusos. Neste ultimo caso, um robô tem que encontrar uma maneira de bloquear o intruso para o impedir de fugir. O sistema apoia-se em duas características chave, a primeira é uma camada de controlo baseado em dois sub-módulos de controlo, o payload e o wormhole, a segunda é uma arquitectura baseada em eventos que executam tarefas do payload. Em relação à camada de controlo, o payload pode ser complexo e acede à informação partilhada pelos robôs enquanto que o wormhole é confiável mas apenas utiliza a informação local. O payload utiliza uma estrutura de dados chamada “promessa” na qual fornece o deadline correspondente ao momento mais tarde onde deve enviar a próxima promessa. No caso de receber esta promessa depois do deadline, o wormhole considera que o payload falhou, toma o controlo e executa as tarefas criticas no lugar do payload. Os eventos são propagados às traves de uma estrutura em forma de alvor, da raiz até as folhas. Cada folha do alvor é um módulo que pode ser executado e produz eventos. A produção dos eventos no alvor pode ser assimilado a uma reacção em cadeia. Durante o ciclo dos eventos as traves do alvor não são possíveis, o que permite evitar as reacções não controladas e garantem assim a estabilidade do sistema. A juntar a essa arquitectura, propomos também neste documento alguns mecanismos de sincronizações resilientes, para manter uma vista coerente num mundo ou de navegação para dar ao robô a possibilidade de se mover no mundo e de encontrar o melhor caminho. Guardar uma vista homogénea do mundo é um ponto fundamental que pode não ser fácil em caso de uma reunião de dois grupos. Introduzimos três implementações de middleware, uma versão simulada usada para validar arquitectura e testar a sincronização dos algoritmos num ambiente multi-robô, uma versão móvel apontada para ser implementado em plataformas de hardware compostas por robôs móveis reais e finalmente uma versão de posição capaz de comunicar com robôs móveis, recolher informação e enviar ordens remotas. |
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