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Agenten in simulierten Umgebungen Landminensuche Stefan Fleischer Stephan Kramer Alexander Simons Agenten in simulierten Umgebungen -1-

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Präsentation zum Thema: "Agenten in simulierten Umgebungen Landminensuche Stefan Fleischer Stephan Kramer Alexander Simons Agenten in simulierten Umgebungen -1-"—  Präsentation transkript:

1 Agenten in simulierten Umgebungen Landminensuche Stefan Fleischer Stephan Kramer Alexander Simons Agenten in simulierten Umgebungen -1-

2 Gliederung (I) I. Einleitung II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten Agenten in simulierten Umgebungen -2-

3 Gliederung (II) IV. Architektur 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit Agenten in simulierten Umgebungen -3-

4 I. Einleitung Agenten in simulierten Umgebungen -4- Zur Notwendigkeit: gehalts immer schwieriger wird. Ein gebündelter Einsatz von Detektoren erscheint somit sinnvoll. Weltweit gibt es in nahezu allen Krisengebieten Landminen, deren Anzahl nur schwer zu schätzen ist, da einfache Minen sehr günstig zu bauen sind. Es gibt über 600 bekannte Minentypen, deren Suche mit einem Metalldetektor aufgrund eines ständig sinkenden Metall-

5 Manuelles Suchen ist relativ langsam und gefährlich: Auf geräumte Minen ereignet sich ein schwerer Unfall. Faktoren wie Minen, Landschaften, Detektoren und sonstige Hindernisse lassen den Einsatz einer Simulationsumgebung, in der Roboter getestet werden können, als sinnvoll erscheinen. Agenten scheinen vor diesem Hintergrund also durchaus eine geeignete Wahl zu sein, gemeinsam ein Minenfeld zu durchsuchen. Agenten in simulierten Umgebungen -5- I. Einleitung Zur Notwendigkeit I. Einleitung II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme

6 Der Manual Robot Agent: I. Einleitung Die Simulationsumgebung I. Einleitung II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme Start! Klasse: ManualRobotAgent Roboter dieser Klasse folgen keinem Algorithmus lassen sich ausschließlich manuell steuern Agenten in simulierten Umgebungen -6-

7 II. Theoretische Grundlagen II.1 Der Agent einheitliche Definition fehlt Agenten in simulierten Umgebungen -7- Eigenschaften eines Agenten: sucht und sammelt Informationen erledigt komplexe Aufgaben besitzt die Fähigkeit, sein Wissen zu erweitern (Intelligenz)

8 II.1 Der Agent Charakteristische Eigenschaften von Agenten: Wichtigste Eigenschaft: Agenten in simulierten Umgebungen -8- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards Situated: (sich in einer Umgebung befinden) Quelle: Klügl: Multiagentensimulation Agent nimmt die Umgebung über Sensoren wahr… …und verändert sie über Effektoren

9 II.1 Der Agent Agenten in simulierten Umgebungen -9- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards Ein Agent ist zudem: reaktiv Quelle: Klügl: Multiagentensimulation autonom sozial rational anthropomorph

10 II.1 Der Agent Agenten in simulierten Umgebungen -10- II. Theoretische Grundlagen Agenten teilen sich ihre Umwelt mit anderen Agenten – es entsteht ein Multi-Agenten-System (MAS) II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards

11 II.2 Multi-Agenten-Systeme Agenten in simulierten Umgebungen -11- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards Eigenschaften: abhängig von der mehr oder weniger beschränkten Autonomie der Agenten dezentrale Datenverwaltung Nebenläufigkeit der Ausführung Idealfall: keine zentrale Kontrolle Quelle: JenSycWool, 1998 beschränkte Sicht des einzelnen Agenten auf das Gesamtsystem

12 II.2 Multi-Agenten-Systeme Agenten in simulierten Umgebungen -12- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards jeder Agent ist ein Alles-Könner: individuelle Fähigkeiten individuelles Wissen keine globale Systemkontrolle (autonome Agenten) Koordination des Wissens der einzelnen Agenten durch Interaktion der Agenten mit ihrer Umwelt Hier:

13 II.2 Multi-Agenten-Systeme Agenten in simulierten Umgebungen -13- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards Zur sinnvollen Interaktion bedarf es: einer gemeinsamen Agentensprache Eine Organisation, die sich mit Standardisierungen in Bezug auf Agentensysteme beschäftigt, ist die FIPA. eines gemeinsamen Kommunikationsprotokolls eines gemeinsamen Interaktionsprotokolls einer gemeinsamen Weltsicht

14 II.3 FIPA-Standards Agenten in simulierten Umgebungen -14- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards FIPA: Foundation of Physical Intelligent Agents 1996 gegründete Non-Profit-Organisation Interaktion über Agent-Communication-Language (ACL): - Nachrichtenaustausch über Low-Level- Protokolle - FIPA-ACL-Nachricht enthält: Typ, Teilnehmer, Inhaltsbeschreibung, Interaktionskontrollen

15 II.3 FIPA-Standards Agenten in simulierten Umgebungen -15- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards Typ: request, answer,… Teilnehmer: Sender und Empfänger Inhaltsbeschreibung: umfasst nicht nur den eigent- lichen Inhalt, sondern legt auch die verwendete Sprache, die Kodierung und die Ontologie der Nachricht (gemeinsame Weltsicht der Agenten) fest Interaktionskontrollen: bestimmen das Interaktions- protokoll, sowie die Nachrichtenkennungen

16 II.3 FIPA-Standards Agenten in simulierten Umgebungen -16- II. Theoretische Grundlagen 1. Der Agent 2. Multi-Agenten-Systeme 3. FIPA-Standards Neben den Spezifikationen zur Agenten- kommunikation gibt es zahlreiche weitere Spezifikationen der FIPA, z.B. zur abstrakten Agentenarchitektur zum Agentenmanagement und zum Nachrichtentransport über heterogene Netzwerke hinweg Eine MAS-Entwicklungsumgebung, die den FIPA- Spezifikationen entspricht ist JADE.

17 Agenten in simulierten Umgebungen -17- Jade: Java Agent Development Framework Open Source Projekt der Tilab aus Italien vereinfacht die Entwicklung von MAS u.a. durch eine Reihe grafischer Tools III. Telecom Italia Lab: JADE folgt den FIPA-Standards

18 III.1 JADE-Features Agenten in simulierten Umgebungen -18- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten vollständig in Java implementiert betriebssystemübergreifend das Ausführen der einzelnen Aktivitäten der Agenten (in JADE: Behaviours) erfolgt nebenläufig JADE unterstützt die Bildung von Agenten- Domänen

19 III.1 JADE-Features Agenten in simulierten Umgebungen -19- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten Nachrichten (ACL-Messages) werden äußerst effizient innerhalb einer Agentenplattform transportiert JADE stellt für die Interaktion eine Bibliothek von verschiedenen FIPA-Interaktionsprotokollen bereit JADE ermöglicht zudem die Erzeugung autonomer Agenten aus externen Anwendungen heraus

20 III.2 JADE-Agentenplattform Agenten in simulierten Umgebungen -20- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten Bestandteile: Agent-Management-System (AMS) Directory Facilitator (DF) Agent Communication Channel (ACC) die Agenten selbst

21 III.2 JADE-Agentenplattform Agenten in simulierten Umgebungen -21- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten ACC

22 III.3 JADE-Agenten Agenten in simulierten Umgebungen -22- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten Roboter werden als Agenten realisiert ( Robot-Agents ) JADE-Agenten sind Instanzen einer benutzer- definierten Java-Klasse, abgeleitet von der Klasse Agent des Pakets jade.core

23 III.3 JADE-Agenten Agenten in simulierten Umgebungen -23- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten Zustände: initiated active waiting suspended transit deleted

24 III.3 JADE-Agenten Agenten in simulierten Umgebungen -24- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten Aktivitäten (Behaviours): werden gleichzeitig ausgeführt jede Funktionalität eines Agenten sollte als Behaviour implementiert sein interner round-robin-Scheduler z.B. done()-Methode

25 III.3 JADE-Agenten Agenten in simulierten Umgebungen -25- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten jeder Agent hat eine Nachrichtenwarteschlange (Posteingang) Abruf: Nachrichten: Polling blockierend time-out-basiert Mustervergleiche

26 III.3 JADE-Agenten Agenten in simulierten Umgebungen -26- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten

27 III.4 JADE-Nachrichten Agenten in simulierten Umgebungen -27- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten auf Basis sog. ACLMessages: Nachrichten als Objekte der Klasse Jade.lang.ACLMessage Besonderheit: Mustervergleiche Nachrichtenabfrage kann gezielt nach bestimmtem Sender oder Nachrichtentyp erfolgen

28 III.4 JADE-Nachrichten Agenten in simulierten Umgebungen -28- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten ACLMessage enthält: Performative-Attribut: legt Nachrichtentyp fest, z.B. request, inform,… Language-Attribut: vereinbart die Nach- richtensprache Sender / Empfänger Conversation-ID

29 III.4 JADE-Nachrichten Agenten in simulierten Umgebungen -29- III. Jade III. JADE 1. JADE-Features 2. JADE-Agentenplattform 3. JADE-Agenten 4. JADE-Nachrichten Nachrichtenabfragen können nun nach Nachrichten eines bestimmten Typs, Absenders oder einer bestimmten ID erfolgen auch Kombinationen möglich (zusammen- gesetzte Filter) Vorteil: Warteschlange kann gezielt durchsucht werden

30 IV. Architektur IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -30- Zweiteilung der Simulationsumgebung: auf der einen Seite befinden sich die Roboteragenten… …die andere Seite stellt die Administration dar. beiden unterliegt die JADE-Plattform

31 IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -31- IV. Architektur 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent Administration: beinhaltet 4 Komponenten: - Serveragent - Simulationsagent - Feldagent - Remote-Robot-Management-Agent

32 IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -32- IV. Architektur Kommunikationsbeziehungen/-kanäle: 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent

33 IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -33- IV. Architektur 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent Der Serveragent - registriert die Roboter im System - startet alle für das System wichtige Komponenten Kommunikationsschnittstelle zwischen den Robotern und der simulierten Umwelt - Empfang und Weiterleitung von Nachrichten Aufgaben: - entfernt die Roboter aus dem System

34 IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -34- IV. Architektur 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent Der Simulationsagent - bei Sensoreinsatz, Bewegung/Drehung kommuniziert er mit dem Feldagenten, um sich die benötigten Daten zu besorgen bearbeitet Simulationsaufträge des Serveragenten Aufgaben: - berechnet die Energieabzüge bei Roboteraktionen

35 IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -35- IV. Architektur 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent Der Feldagent - beeinhaltet Feldinformationen zu jeder Kachel: - Metall (true / false) - Landschaftsbild, -typ - IR – Bild - Höhenebene für die Erstellung und Verwaltung des Spielfelds verantwortlich Aufgaben:

36 IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -36- IV. Architektur 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent Der Feldagent für die Erstellung und Verwaltung des Spielfelds verantwortlich Aufgaben: - Speicherung der aktuellen Position und des Zustands aller im System registrierten Roboter - Änderungen am Spielfeld ausschließlich über den Feldagenten

37 IV.1 Aufbau Agenten in simulierten Umgebungen -37- IV. Architektur 1. Aufbau 2. Der Serveragent 3. Der Simulationsagent 4. Der Feldagent 5. Der rrm-Agent Der rrm-Agent Aufgaben: unterstützt die Erstellung von Roboter-Agenten von anderen Rechnern aus

38 V. Die Simulationsumgebung Agenten in simulierten Umgebungen -38-

39 V.1 Einführung Agenten in simulierten Umgebungen -39- V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit Modell = Abbild und Vereinfachung der Realität - Aufteilung in Kacheln (hier: 2 m 2 ) - Richtungswechsel (N, NO,…) - Höhenstufen (1 – 8) - wenige Landschaftstypen und Feldtypen - nur überirdische Landminen

40 V.1 Einführung Agenten in simulierten Umgebungen -40- V. Die Simulationsumgebung Der Map-Editor: 2 Landschaftstypen: Grasland, Wüste Boden Feldweg Asphalt Feldtypen: Fluss Hindernis Brücke V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit

41 V.1 Einführung Agenten in simulierten Umgebungen -41- V. Die Simulationsumgebung Der Map-Editor: in den Feldern werden verschiedene Sensorinformationen hinterlegt: Stoßsensor (Hindernis) Fotosensor Infrarotsensor Metalldetektor Feuchtigkeitssensor (Bender ) V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit

42 V.1 Einführung Agenten in simulierten Umgebungen -42- V. Die Simulationsumgebung Der Map-Editor: 8 verschiedene Höhenstufen: Höhenunterschiede zwischen den Kacheln beeinflussen den Energieverlust der Roboter Berechnung: stark vereinfacht keine Berücksichtigung von Antrieb, Motor und Geschwindigkeit der Roboter V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit

43 V.1 Einführung Agenten in simulierten Umgebungen -43- V. Die Simulationsumgebung Der Map-Editor: Kartenerstellung manuell oder automatisch möglich Wetterverhältnisse, Temperatur, o.ä. können nicht dargestellt werden V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit

44 V.2 Roboter Agenten in simulierten Umgebungen -44- V. Die Simulationsumgebung Eigenschaften: Blickrichtung wird durch Pfeil symbolisiert verfügt über einen Energievorrat interagiert über Sensoren mit seiner Umwelt… …und sammelt über sie Informationen in einer Karte V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit

45 V.2 Roboter Agenten in simulierten Umgebungen -45- V. Die Simulationsumgebung An-/Abmeldung: in der simulierten Umwelt erfolgt ausschließlich durch den Serveragenten Abmeldung durch Tod (Mine, Wasser)… …nicht durch vollständigen Energieverlust (bleibt angemeldet) V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit

46 V.3 Testläufe Agenten in simulierten Umgebungen -46- V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit

47 V.4 Fazit Agenten in simulierten Umgebungen -47- V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit Probleme mit Robbi: Unfähigkeit, Minen ohne Metallgehalt zu erkennen viele (nahezu alle) Felder werden mehrfach passiert und überprüft Probleme, Flüssen aus dem Weg zu gehen (-> Feuchtigkeitssensor)

48 V.4 Fazit Agenten in simulierten Umgebungen -48- V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit Wie geht es besser??? nächste Woche: Bender

49 V.4 Fazit Agenten in simulierten Umgebungen -49- V. Die Simulationsumgebung 1. Einführung 2. Roboter 3. Testläufe 4. Fazit Noch Fragen???


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