Fast Biconnectivity Restoration in Multi-Robot Systems for Robust Communication Maintenance

要約

堅牢な通信ネットワークを維持することは、複数のロボット チームが共同して最適化タスクを実行する際に重要な役割を果たします。
堅牢なマルチロボット システムの主な特徴は、ロボットに障害が発生した場合に通信トポロジ自体を修復できることです。
このペーパーでは、高速二重接続復元 (FBR) 問題に焦点を当てます。この問題は、接続されたネットワークを修復して、できるだけ高速に二重接続にすることを目的としています。ここで、二重接続ネットワークは、1 つのノードを削除しても切断できない通信トポロジです。
私たちは、FBR 問題の二次制約プログラム (QCP) 定式化を開発し、問題を最適に解決する方法を提供します。
また、グラフ理論に基づいたFBR問題の近似アルゴリズムを提案します。
実証研究を実施することにより、提案した近似アルゴリズムが最適に近いパフォーマンスを示しながらも、既存のソリューションを大幅に上回るパフォーマンスを示すことを実証しました。

要約(オリジナル)

Maintaining a robust communication network plays an important role in the success of a multi-robot team jointly performing an optimization task. A key characteristic of a robust multi-robot system is the ability to repair the communication topology itself in the case of robot failure. In this paper, we focus on the Fast Biconnectivity Restoration (FBR) problem, which aims to repair a connected network to make it biconnected as fast as possible, where a biconnected network is a communication topology that cannot be disconnected by removing one node. We develop a Quadratically Constrained Program (QCP) formulation of the FBR problem, which provides a way to optimally solve the problem. We also propose an approximation algorithm for the FBR problem based on graph theory. By conducting empirical studies, we demonstrate that our proposed approximation algorithm performs close to the optimal while significantly outperforming the existing solutions.

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