Centralization vs. decentralization in multi-robot sweep coverage with ground robots and UAVs

要約

Swarm Roboticsでは、分散型制御が、集中制御のよりスケーラブルで断層耐性の代替品として提案されることがよくあります。
ただし、集中型の動作は、分散型の対応物よりも速く、効率的であることがよくあります。
特定のアプリケーションでは、解決されるタスクの目標と制約は、集中制御、分散型制御、または2つの組み合わせを使用する選択を導く必要があります。
現在、集中化と分散化の間に存在する正確なトレードオフは、十分に定義されていません。
このホワイトペーパーでは、5つの異なるタイプのマルチロボット制御構造にわたるスイープカバレッジの例タスクにおける集中化と分散化との比較パフォーマンス評価を研究します：ランダムウォーク、ビーコンで分散化され、自己組織化階層を使用したハイブリッド形成制御、集中型形成
コントロール、および事前に決定されました。
5つのアプローチすべてで、カバレッジタスクは地上ロボットのグループによって完了します。
ランダムウォークを除き、各アプローチでは、地上ロボットはUAVに支援され、監督者またはビーコンとして機能します。
集中化されたアプローチが有利になると予想される3つのパフォーマンスメトリックの観点からアプローチを比較します – カバレッジの完全性、カバレッジの均一性、スイープ完了時間 – と、分散化されたアプローチに利点があると予想される2つのメトリック – スケーラビリティ
（4、8、または16の地上ロボット）および断層トレランス（0％、25％、50％、または75％の地上ロボット障害）。
最後に、1つのシステムで両方の利点を組み合わせることに関する将来の作業について説明します。

要約(オリジナル)

In swarm robotics, decentralized control is often proposed as a more scalable and fault-tolerant alternative to centralized control. However, centralized behaviors are often faster and more efficient than their decentralized counterparts. In any given application, the goals and constraints of the task being solved should guide the choice to use centralized control, decentralized control, or a combination of the two. Currently, the exact trade-offs that exist between centralization and decentralization are not well defined. In this paper, we study comparative performance assessment between centralization and decentralization in the example task of sweep coverage, across five different types of multi-robot control structures: random walk, decentralized with beacons, hybrid formation control using self-organizing hierarchy, centralized formation control, and predetermined. In all five approaches, the coverage task is completed by a group of ground robots. In each approach, except for the random walk, the ground robots are assisted by UAVs, acting as supervisors or beacons. We compare the approaches in terms of three performance metrics for which centralized approaches are expected to have an advantage — coverage completeness, coverage uniformity, and sweep completion time — and two metrics for which decentralized approaches are expected to have an advantage — scalability (4, 8, or 16 ground robots) and fault tolerance (0%, 25%, 50%, or 75% ground robot failure). Finally, we discuss future work on combining the advantages of both in one system.

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