Modellierung von Agenten für die Anwendung im Straßenverkehr

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1 Modellierung von Agenten für die Anwendung im Straßenverkehr Diplomarbeitsvortrag Simone Forster Betreuer: Prof. Dr.- Ing. K. Böhm Betreuender Mitarbeiter: Dipl.- Inform. H. Schepperle 28. April Copyright

2 Motivation Staus an Ampeln Unnötiges Bremsen und Beschleunigen Lange Standzeiten Gleichmäßiges Fahren Schonung von Umwelt, Auto und Ressourcen Bessere Nutzung der Kreuzungsfläche Kürzere Reisezeiten Quelle Bild oben: Quelle Film unten: Zürich Versicherung 2

3 Aufgaben dieser Arbeit Entwurf eines Mechanismus zur Verkehrsregelung an Kreuzungen Softwaretechnischer Entwurf der benötigten mit Hilfe der Methodik Modellierung von n für die Kommunikation zwischen den entworfenen Agenten Einbettung des agentenbasierten Entwurfs in die Modulstruktur von Implementierung von Agenten und n Evaluierung des modellierten Systems 3

4 Übersicht Einordnung in das Projekt Entwicklung von Multiagentensystemen mit der Methodik Agentenstruktur Modellierte Realisierter Vorstellung der sergebnisse der Verkehrsregelung durch Agenten 4

5 Einordnung in das Projekt Modulstruktur enthält vier Module Verkehrssimulationsmodul, Fahrersimulationsmodul, Fahrerassistenzmodul, Verkehrsregelungsmodul Alle Module sind unabhängig austauschbar. Zwischen den Modulen bestehen definierte Schnittstellen. Diese Arbeit betrachtet Fahrerassistenzmodul Verkehrsregelungsmodul 5

6 Methodik Methodik zur Entwicklung agentenorientierter Software Erstellt 2002 am Royal Melbourne Institute of Technology Basiert auf Belief-Desires-Intentions-Modell Belief (Glaube) Informationen über andere Agenten und Umgebung des Agenten Desires (Wünsche) Vom Agenten angestrebte Situationen (langfristige Ziele) Intentions (Vorhaben) Für die nähere Zukunft angestrebte Situationen (aktuelle Ziele) Umsetzung der Ziele mit Hilfe von vordefinierten Plänen 6

7 Phasen von Systemspezifikation Systemziele, Teilziele, Funktionalitäten, Szenarien Architekturentwurf Spezifikation von Spezifikation von Interaktionsprotokollen Detailliertes Design Fähigkeiten der Agenten Pläne für die Agenten 7

8 Entwicklung der Daten-Kopplungs-Diagramm (Architekturentwurf) Schreibender und lesender Zugriff der Funktionalitäten auf Daten Bei Schreibzugriff Funktionalitäten, Daten und Pfeil gleich gefärbt durch Gruppierung und entstanden 8

9 Multiagentensystem Resultat des Entwurfs: vier verschiedene Typen von Agenten Fahrzeugagent Kreuzungsagent Tauschagent Streckenagent (nur konzipiert, nicht implementiert) Fahrzeugagent Ein Fahrzeugagent pro Assistenzsystem (pro Fahrzeug) Geschwindigkeit des Fahrzeugs an die aktuelle Situation angepasst Zeitslot- und Tauschanfragen zur Überquerung der Kreuzung gestellt Kreuzungsagent Zeitslotanfragen entgegennehmen Fahrzeugen Zeitpunkte zur Überquerung der Kreuzung zuweisen 9

10 Weitere Tauschagent Tauschanfragen entgegennehmen Passenden Tauschpartner suchen Tausch abwickeln Zugewiesene Zeitslots zwischen Fahrzeugen tauschen Anfragesteller bietet Tauschpartner eine Entschädigung Streckenagent Änderungen an der Spuraufteilung einzelner Strecken bewirken Verbesserte Spuraufteilung = verbesserter Verkehrsfluss dynamische Anpassung an die aktuelle Verkehrslage Hinzunahme einer Spur bei besonders hohem Verkehrsaufkommen Freigabe überflüssiger Spuren für andere Richtungen bei sehr niedrigem Verkehrsaufkommen 10

11 Beispiel: Agenten-Übersichtsdiagramm Streckenagent Design Tool (pdt) zum Erstellen von Diagrammen 11

12 Entwickelte für die Kommunikation der Agenten untereinander Zeitslotanfrage Tausch Rundtausch Spuranpassung 12

13 Implementierte Zeitslotanfrage Fahrzeugagent und Kreuzungsagent Fahrzeugagent beantragt bei Kreuzungsagent Zeitslot zur Überquerung der Kreuzung Kreuzungsagent weist einen Zeitslot zu Tausch 2 Fahrzeugagenten, Tauschagent und Kreuzungsagent Fahrzeugagent beantragt Tausch seines Zeitslots mit dem eines anderen Fahrzeugs, bietet eine Entschädigung Tauschagent sucht passenden Partner und kontaktiert diesen Kreuzungsagent wird mit Tausch der Zeitslots beauftragt und prüft, ob Tausch möglich 13

14 Entwickelte für die Kommunikation der Agenten untereinander Zeitslotanfrage Tausch Rundtausch (nur konzipiert, nicht implementiert) Spuranpassung (nur konzipiert, nicht implementiert) 14

15 Realisierter Fahrzeugagenten stellen Zeitslotanfragen an Kreuzungsagent Anfragen von Kreuzungsagent nach FIFO-Prinzip bearbeitet Erneute Anfrage an Kreuzungsagent wenn mit Zuweisung unzufrieden (frei gewordene Zeitslots nutzen) Tausch: eilige Fahrzeuge können besseren Zeitslot gegen Entgelt erhalten Reservierungssystem für Zeitslotvergabe; beachtet auch kreuzende Spuren 15

16 sergebnisse Testfälle: zwei verschiedene Kreuzungslayouts zwei verschiedene Verkehrsstärken viele Fahrzeuge gleichzeitig auf der Kreuzungsfläche oder nur je eines (Konfliktbereiche / eine Kachel) vier verschiedene Anfragekombinationen nur Zeitslotanfrage Zeitslotanfrage und erneute Anfrage Zeitslotanfrage und Tausch Zeitslotanfrage, erneute Anfrage und Tausch Ampel und freie Überfahrt als Referenzfälle pro Kreuzungslayout und Verkehrsstärke 40 Fälle, 32 evaluiert, 24 in der Ausarbeitung vorgestellt 16

17 Beispiel 1 17

18 Beispiel 2 18

19 Zeitslotzuweisung Funktionsweise der Zeitslotzuweisung An welcher Stelle Fahrzeuge einen Zeitslot zugewiesen bekommen Einhalten der zugewiesenen Zeitslots durch die Fahrzeuge Rahmenbedingungen: kleine Kreuzung 450 Fzg / h je Richtung und Fahrspur je eine Mischspur für Geradeausfahrer und Rechtsabbieger und eine Spur für Linksabbieger Zeitslotzuweisung 19

20 agentenbasiertes System Darstellung der beteiligten Softwareagenten Welche Agenten schon beim Start vorhanden sind Wann die Fahrzeugagenten erzeugt und gelöscht werden Rahmenbedingungen: große Kreuzung 500 Fzg / h rechte Spur, 350 Fzg / h linke Spur je Richtung je eine Mischspur für Geradeausfahrer und Rechtsabbieger sowie Geradeausfahrer und Linksabbieger Agenten 20

21 Multiagentensystem für den Straßenverkehr Entwicklung von und n unter Verwendung der Methodik Erhebliche Verbesserungen gegenüber Ampelkreuzungen Geringere Reisezeit Weniger Bremsen und Beschleunigen Effizientere Nutzung der Kreuzungsfläche Keine manuelle Anpassung bei Veränderungen der Verkehrsstärke nötig 21

22 Ausblick Implementierung des Streckenagenten (Optimierungen Spuraufteilung) Auktionssystem statt Buchungssystem möglich (ausgeschriebene Diplomarbeit) Lernende Agenten (Sebastian Mast) Einsatz mobiler Agenten (Daniel Dencker) 22

23 Modellierung von Agenten für die Anwendung im Straßenverkehr 23

24 Modellierung von Agenten für die Anwendung im Straßenverkehr Diplomarbeitsvortrag Simone Forster Betreuer: Prof. Dr.- Ing. K. Böhm Betreuender Mitarbeiter: Dipl.- Inform. H. Schepperle 28. April Copyright

25 Beispiel: Protokoll für die Zeitslotanfrage in dargestellt durch erweitertes Sequenzdiagramm Alle Aktionsmöglichkeiten der beteiligten Agenten Implementiert in JADE 1 in Anlehnung an standardisierten FIPA 2-1: Java Agent DEvelopment Framework 2: Foundation for Intelligent Physical Agents 25