Вбудовані моделі алгоритму керування роєм БПЛА

Анотація

У цій статті запропоновано підхід до реалізації програмного забезпечення вбудованої системи на основі архітектури Model-View-Controller (MVC), спеціально модифікованої для мультиагентного домену. Він спрямований на вирішення проблем поганої масштабованості та ризиків єдиної точки відмови, пов’язаних із централізованими архітектурами з циклічним опитуванням у роях безпілотних літальних апаратів (БПЛА). У цій новій інтерпретації сам рій БПЛА переосмислюється як «User» — постійно оновлюваний стан керуючої е-мережі (CEN) (маркування та атрибути токенів) слугує «View», а переходи і слухачі мережі функціонують як «Controller», маніпулюючи моделлю. Модель виражається у вигляді CEN, що є розширенням мереж Петрі для цілей управління. Місця і дані CEN представляють стан агента, але в цілому CEN забезпечує погляд на алгоритм управління як на набір переходів із пов’язаними місцями для реалізації логіки подій. У той же час слухачі інтегрують зовнішні вхідні сигнали і генерують вихідні команди в повністю реактивній манері. В результаті ланцюжкове виконання, орієнтоване на події, усуває циклічне опитування, зменшує навантаження на процесор, одночасно підтримуючи синхронну, асинхронну та паралельну обробку подій у реальному часі. У статті детально описано структури даних на основі Python — місця, переходи, черги/стеки, пул потоків та реактивні слухачі — а також метод динамічної верифікації, який автоматично збирає статистику про активність переходів та їхній час, що дозволяє «на льоту» профілювати та виявляти вузькі місця у продуктивності. Комплексний приклад демонструє програму-агента з тришаровою (реактивною, плановою та кооперативною) моделлю управління, яка паралельно реагує на події датчиків, виконує відкладені дії та синхронізує результати за допомогою переходу приєднання, тим самим підтверджуючи ефективність запропонованого підходу для мультиагентних застосунків.