Gestion de l'incertitude dans un algorithme distribué d'auto-reconfiguration pour les grands robots modulaires

Uncertainty management in a distributed self-reconfiguration algorithm for large modular robots

• Auteur / Autrice : Gilles Abdel ahad
• Direction : Julien Bourgeois
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2023
• Etablissement(s) : Besançon, Université Marie et Louis Pasteur
• Ecole(s) doctorale(s) : SPIM - Sciences Physiques pour l'Ingénieur et Microtechniques
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Franche Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : DISC - Département Informatique et Systèmes Complexes

Mots clés

Mots clés libres

Algorithmique distribuee

Robots modulaires

Bio-inspire

Distributed algorithms

Modular robots

Bio-inspired

Résumé

Le processus de modification d'un graphe de connexion entre un graphe initial et un graphe final s'appelle la reconfiguration. Il consiste à trouver une séquence de mouvements des nœuds du graphe afin de transformer une configuration initiale en une configuration cible. Il s'agit d'un problème algorithmique complexe. Premièrement, étant donné un graphe avec n noeuds, le nombre de configurations possibles est énorme : (c.w) n , avec c le nombre de connexions possibles par noeud, et w le nombre de façons de les connecter ensemble. Deuxièmement, le facteur de branchement de l'espace de configuration, décrivant toutes les configurations possibles qui peuvent être réalisées à partir d'une configuration donnée, est très élevé : O(m k ), avec m le nombre de mouvements possibles et k le nombre de noeuds libres pouvant être déplacés. Cela conduit à une explosion combinatoire qui rend l'espace de recherche entre deux configurations quelconques exponentiel en nombre de noeuds. Afin d'avoir une reconfiguration rapide, nous avons proposé deux concepts : Un graphe est construit tout d'abord avec une structure interne régulière, puis vient une enveloppe englobante. La structure interne permet de diminuer de manière conséquente le temps de reconfiguration. Le sujet de thèse consiste à proposer un mécanisme de réponses aux incertitudes tout en gardant un temps de reconfiguration le plus faible possible. L'algorithme d'auto-reconfiguration devra détecter l'arrivée d' incertitudes et s'adapter en cherchant une solution par lui-même. La première étape est de classer d'une part les différentes sources d'incertitudes. Cette classification s'appuiera sur les classifications de fautes existantes [9] : fautes temporaires, intermittentes, permanentes, byzantines, etc., afin d'élaborer une liste la plus exhaustive possible. La seconde étape consistera à mettre en place un algorithme pour détecter les fautes les plus probables. Suivant la difficulté des algorithmes, une première version d'abord centralisée pourra être envisagée, puis être distribuée en utilisant le paradigme multi-agent [10][11]. Cette détection distribuée est déjà un verrou important à lever car certaines fautes sont très compliquées à détecter de manière distribuée. La troisième étape s'occupera des contre-mesures à apporter afin de contourner les fautes détectées dans la seconde étape. Il s'agira de modifier l'algorithme d'auto-reconfiguration soit en modifiant les actions de reconfiguration, soit en apportant une solution sans reconfiguration, par exemple en routant différemment les messages dans le cas d'un lien de communication défaillant.

The process of modifying a connection graph between an initial graph and a final graph is called reconfiguration. It consists of finding a sequence of graph node movements to transform an initial configuration into a target configuration. This is a complex algorithmic problem. Firstly, given a graph with n nodes given a graph with n nodes, the number of possible configurations is enormous: (c.w) n , with c the number of possible connections per node, and w the number of ways to connect them together. Secondly, the branching factor of the configuration space, describing all possible configurations that can be realized from a given configuration, is very high: O(m k ), with m the number of possible the number of possible moves and k the number of free nodes that can be moved. This leads to a combinatorial explosion, making the search space between any two configurations exponential in number of nodes. In order to achieve rapid reconfiguration, we proposed two concepts. first with a regular internal structure, then with an enclosing envelope. The internal structure significantly reduces reconfiguration time. The aim of this thesis is to propose a mechanism for responding to uncertainties while keeping reconfiguration time as low as possible. reconfiguration time. The auto-reconfiguration algorithm will have to detect the arrival of uncertainties and adapt