[論文レビュー] Decentralized Event-Triggered Consensus over Unreliable Communication Networks

Eloy García, Yongcan Cao+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 24, 2015

Distributed Control Multi-Agent Systems参考文献 28被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、非一貫したパケット損失と時間変動する遅延を示す信頼性の低い通信ネットワーク上で、マルチエージェントシステムに向けた分散型イベントトリガー型コンセンサスプロトコルを提案する。エージェントが局所的な誤差閾値に基づいて自主的に送信をトリガーすることで、Zeno行動を回避しつつ、パケットが失われたり遅延が発生しても漸近的コンセンサスを保証する。

ABSTRACT

This article studies distributed event-triggered consensus over unreliable communication channels. Communication is unreliable in the sense that the broadcast channel from one agent to its neighbors can drop the event-triggered packets of information, where the transmitting agent is unaware that the packet was not received and the receiving agents have no knowledge of the transmitted packet. Additionally, packets that successfully arrive at their destination may suffer from time-varying communication delays. In this paper, we consider directed graphs, and we also relax the consistency on the packet dropouts and the delays. Relaxing consistency means that the delays and dropouts for a packet broadcast by one agent can be different for each receiving node. We show that even under this challenging scenario, agents can reach consensus asymptotically while reducing transmissions of measurements based on the proposed event-triggered consensus protocol. In addition, positive inter-event times are obtained which guarantee that Zeno behavior does not occur.

研究の動機と目的

• エージェント間の通信が非一様にパケット損失や遅延を示す信頼性の低いネットワーク上でも、マルチエージェントシステムにおけるコンセンサスを達成する課題に対処すること。
• すべての受信エージェントが同一の損失および遅延を経験するという仮定を緩和し、各受信エージェントごとの変動を許容すること。
• 送信頻度を低減しつつ、システムの安定性を維持し、Zeno行動を回避する分散型イベントトリガー型プロトコルを設計すること。
• 一般の有向グラフにおいて、信頼性の低い通信が伴う場合の平均的コンセンサスのための十分条件を確立すること。

提案手法

• エージェントは測定誤差の閾値に基づく局所的なイベントトリガー規則を用い、グローバルな同期なしに自主的な送信意思決定が可能である。
• プロトコルは通信障害を非一様なパケット損失および時間変動する遅延としてモデル化し、各受信エージェントが異なる損失および遅延パターンを経験しうることを想定する。
• 測定誤差と遅延・失われた更新の両方を組み込んだ修正された誤差ダイナミクスモデルを用いて、ラプラシアンベースの安定性解析を実施する。
• 導出された不等式を用いて、イベント間隔の下限を保証し、Zeno行動を回避するとともに、送信間隔に最小時間の保証を与える。
• 行列指数の減衰推定を用いてコンセンサス誤差を有界化し、その有界性はシステムパラメータおよび遅延の上限に依存する。
• 数値例として、時間変動する遅延と確率的パケット損失を伴う6エージェントの有向ネットワークを用い、理論的結果の妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非一様なパケット損失と遅延が存在する状況下でも、分散型イベントトリガー制御が適用されたマルチエージェントシステムで漸近的コンセンサスを達成できるか？
• RQ2 通信が信頼性が低く、受信エージェント間で不均一な状況下において、イベントトリガー型コンセンサスでZeno行動を回避する方法は何か？
• RQ3 信頼性の低い通信と非同期遅延を伴う有向グラフにおいて、平均的コンセンサスを達成するための十分条件は何か？
• RQ4 イベントトリガー閾値の選定が、最小イベント間隔およびシステムのロバストネスに与える影響は何か？
• RQ5 信頼性の低い通信下でも、コンセンサスを維持しつつ、送信頻度をどの程度まで低減できるか？

主な発見

• パケット損失や遅延が受信エージェント間で一貫していない状況下でも、提案されたプロトコルにより漸近的コンセンサスが達成される。
• 最小イベント間隔は τ = 0.0025 で下限が保証され、Zeno行動が発生しないことが保証される。
• 許容可能な遅延は d = 0.0223 で有界であり、これにより与えられたプロトコルパラメータ下で安定性と収束性が保証される。
• グラフの非有向性に起因して、初期状態の平均が時間経過とともに一定のまま維持されるため、平均的コンセンサスが維持される。
• シミュレーション結果により、間欠的なパケット損失や変動する遅延が存在する中でも、6エージェントすべてが共通の値に収束することが確認された。
• パケット損失の影響により、受信タイミングの間隔は送信タイミングの間隔よりも著しく長くなることが確認され、信頼性の低い通信が更新頻度に与える影響が明確になった。