OPUS


An Introduction to Distributed Strategies in Multi-Agent Systems and their Applications in the Modelling of Swarming Behavior in Mobile Networks

  • This Bachelor thesis deals with connected systems consisting of a multitude of similar electronic devices (often referred to as agents) endowed with information processing abilities. It is required that these socalled multi-agent systems solve a certain task with a high reliability, while the individual components are not able to solve the problem on their own in a satisfying manner. A central control unit can not or shall not be used in such systems for a variety of different reasons: For example, a significant drawback of a central control unit is the vulnerability of the system. If the central control unit fails, the whole system breaks down. Therefore, multi-agent systems require special algorithms enabling the agents to solve a common, global problem in a suitable manner by local interaction only. In this thesis distributed algorithms are investigated which can be used for distributed information pro-cessing and control of such multi-agent systems. In the first part of this work, it is assumed that each agent posses a private information state about a common parameter of interest. The described consensus algorithm enables all agents to reach a system-wide identical information state by local information exchanges only. Subsequently, it is considered the case that every agent has access to streaming data containing information about an a priori unknown parameter. The diffusion strategy described in the second part enables the agents to estimate this parameter and to minimize a global cost function which depends on it. Both algorithms are described in a general framework and can therefore be applied to a variety of different problems. One application of these strategies, which is described in the third part of this work, is the simulation of swarming behavior.
  • Diese Bachelorarbeit beschäfigt sich mit vernetzten Systemen bestehend aus einer Vielzahl von gleichen oder ähnlichen elektronischen Geräten (als Agenten bezeichnet), welche mit gewissen Ressourcen zur Informationsverarbeitung ausgestattet sind. Diese sogenannten Multi-Agent-Systeme haben eine Aufgabe mit einer hohen Zuverlässigkeit zu erfüllen, welche in der Regel von den Einzelkompontenen des Systems mit den geforderten Kriterien nicht selbstständig lösbar ist. Eine zentrale Kontrolleinheit kann oder soll in diesen Systemen nicht eingesetzt werden. Die Gründe hierfür sind vielfältig, beispielsweise entsteht durch die Nutzung einer solchen zentralen Einheit das Risiko eines Totalausfalls des Systems beim Ausfall der Kontrolleinheit. Daher erfordern Multi-Agent-Systeme spezielle Algorithmen welche gewährleisten, dass die Agenten nur durch lokale Interaktion eine gemeinsame, globale Aufgabe in geeigneter Art und Weise lösen können. In der vorliegenden Arbeit werden verteilte Algorithmen, welche zur verteilten Informationsverarbeitung und zur Steuerung solcher Multi-Agent-Systeme benutzt werden können, untersucht. Zunächst wird angenommen, dass jeder Agent einen privaten Informationszustand über einen gemeinsamen Paramter, welcher beispielsweise die Umwelt der Agenten charakterisiert, besitzt. Der anschließend beschriebene Consensus-Algorithmus ermöglicht es, dass alle Agenten im System durch lokalen Informationsaustausch einen systemweit identischen Informationszustand erreichen. Danach wird der Fall betrachtet, dass jeder Agent Streaming-Daten besitzt, welche Informationen über einen gemeinsamen, a priori unbekannten Parameter tragen. Die im zweiten Teil dieser Arbeit untersuchte Diffusion-Strategie ermöglicht es den Agenten diesen unbekannten Parameter zu schätzen und eine von diesem abhängige globale Kostenfunktion zu minimieren. Beide Algorithmen werden in einer allgemeinen Art und Weise beschrieben und sind daher auf eine Vielzahl verschiedener spezifscher Probleme anwendbar. Im dritten Teil dieser Arbeit wird demonstriert, wie sich diese allgemeinen Strategien auf die Simulation von Schwarmverhalten von Vögeln oder Fischen anwenden lassen.

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Metadaten
Author:Martin Kürbis
URN:urn:nbn:de:bsz:mit1-opus4-57568
Document Type:Bachelor Thesis
Language:English
Year of Completion:2015
Granting Institution:Hochschule Mittweida
Release Date:2015/10/06
GND Keyword:Informationsverarbeitung , Mehragentensystem
Institutes:01 Elektro- und Informationstechnik
Access Rights:Frei zugänglich
Licence (German):License LogoEs gilt das UrhG

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