Distributed Hierarchical Distribution Control for Very-Large-Scale Clustered Multi-Agent Systems

要約

マルチエージェント ロボット システムの規模と複雑さは継続的に増加する傾向にあるため、この論文では、数百万オーダーまでスケールアップできる超大規模マルチエージェント システム (VLMAS) と呼ばれるクラスのシステムを検討します。
エージェントの。
特に、確率的安全性の保証を満たしながら、VLMAS のすべてのエージェントの状態分布を所定の目標分布に誘導する問題を検討します。
このようなシステムでは、多くの場合、エージェントがさまざまなレベルのクリークに組織される、マルチレベルの階層的なクラスター構造が許容されるという重要な前提に基づいて、そのようなクリークの制御を分散の制御と関連付け、分散階層分散制御 (
DHDC) フレームワーク。
提案されたアプローチは 2 つのサブフレームワークで構成されます。
1 つ目の分散階層分布推定 (DHDE) は、すべてのレベルのクリークの初期構成とターゲット構成を適切なガウス分布にリンクする、ボトムアップの階層的分散アルゴリズムです。
2 番目の部分である分散階層型分散ステアリング (DHDS) は、すべてのクリークとエージェントの分散を初期から DHDE によって割り当てられたターゲットまで制御する、トップダウンの階層型分散手法です。
最大 200 万のエージェントまでスケールアップしたシミュレーション結果は、提案されたフレームワークの有効性と拡張性を示しています。
関連する手法に対する DHDC の計算効率と安全性のパフォーマンスの向上も示されています。
この研究の結果は、VLMAS の制御のための安全でスケーラブルなソリューションの実現に向けて、階層型配信制御アプローチの重要性を示しています。
すべての結果を含むビデオは https://youtu.be/0QPyR4bD2q0 でご覧いただけます。

要約(オリジナル)

As the scale and complexity of multi-agent robotic systems are subject to a continuous increase, this paper considers a class of systems labeled as Very-Large-Scale Multi-Agent Systems (VLMAS) with dimensionality that can scale up to the order of millions of agents. In particular, we consider the problem of steering the state distributions of all agents of a VLMAS to prescribed target distributions while satisfying probabilistic safety guarantees. Based on the key assumption that such systems often admit a multi-level hierarchical clustered structure – where the agents are organized into cliques of different levels – we associate the control of such cliques with the control of distributions, and introduce the Distributed Hierarchical Distribution Control (DHDC) framework. The proposed approach consists of two sub-frameworks. The first one, Distributed Hierarchical Distribution Estimation (DHDE), is a bottom-up hierarchical decentralized algorithm which links the initial and target configurations of the cliques of all levels with suitable Gaussian distributions. The second part, Distributed Hierarchical Distribution Steering (DHDS), is a top-down hierarchical distributed method that steers the distributions of all cliques and agents from the initial to the targets ones assigned by DHDE. Simulation results that scale up to two million agents demonstrate the effectiveness and scalability of the proposed framework. The increased computational efficiency and safety performance of DHDC against related methods is also illustrated. The results of this work indicate the importance of hierarchical distribution control approaches towards achieving safe and scalable solutions for the control of VLMAS. A video with all results is available in https://youtu.be/0QPyR4bD2q0 .

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