Gesamtentwurf von Agentendynamik und Kommunikationstopologie homogener Multi-Agenten-Systeme

Die Entwicklungen im Bereich eingebetteter Systeme und die große Verfügbarkeit moderner Kommunikationsmittel tragen dazu bei, dass Regelungen komplexer Systeme immer häufiger dezentral und vernetzt ausgeführt werden. Die Eigenschaften des Gesamtsystems hängen dabei sowohl von den lokal verwendeten Regelgesetzen als auch von der Topologie des Kommunikationsnetzwerkes ab. Ein Sonderfall vernetzter Regelsysteme, bei dem dieser Zusammenhang zwischen den lokalen Regelgesetzen, der Kommunikationstopologie und den Eigenschaften des Gesamtsystems besonders deutlich wird, sind Multi-Agenten-Systeme. Solche Systeme bestehen aus mehreren physikalisch nicht gekoppelten Teilsystemen – den sogenannten Agenten. Die Agenten nutzen das Kommunikationsnetzwerk, um ein gemeinsames Regelziel – beispielsweise Synchronisierung – zu erreichen.

Für homogene Multi-Agenten-Systeme, d.h., wenn alle Agenten identische Dynamik aufweisen, lässt sich das Synchronisierungsverhalten des Gesamtsystems anhand der Dynamik eines einzelnen Agenten und algebraischer Eigenschaften des Kommunikationsgraphen beschreiben. In der vorliegenden Arbeit wird diese Eigenschaft homogener Multi-Agenten-Systeme ausgenutzt, um den Entwurf der Agentendynamik von dem der Kommunikationstopologie zu trennen. Es wird ein systematischer Gesamtentwurf vorgeschlagen. Dabei wird zunächst die Agentendynamik betrachtet und gezeigt, wie diese so entworfen werden kann, dass Synchronisierung möglich ist. Anschließend werden algebraische Beschränkungen an den Kommunikationsgraphen abgeleitet, sodass die Einhaltung dieser Beschränkungen zu Stabilität des transienten und Optimalität des stationären Synchronisierungsverhaltens führt. Schließlich wird gezeigt, wie diese Beschränkungen beim Graphenentwurf berücksichtigt werden können.