[論文レビュー] Towards Blockchain-based Multi-Agent Robotic Systems: Analysis, Classification and Applications

Ilya Afanasyev, Alexander Kolotov+11 more|arXiv (Cornell University)|Jul 17, 2019

Blockchain Technology Applications and Security参考文献 56被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、分散環境における信頼性、セキュリティ、協調性を向上させるためにブロックチェーンを統合したマルチエージェントロボットシステム（MARS）のフレームワークを提案する。分散台帳とスマートコントラクトを活用することで、安全なタスク割り当て、パフォーマンス追跡、合意形成に基づく意思決定が可能となり、主な貢献としてMARSにおけるブロックチェーン応用の包括的分類がなされている。

ABSTRACT

Decentralization, immutability and transparency make of Blockchain one of the most innovative technology of recent years. This paper presents an overview of solutions based on Blockchain technology for multi-agent robotic systems, and provide an analysis and classification of this emerging field. The reasons for implementing Blockchain in a multi-robot network may be to increase the interaction efficiency between agents by providing more trusted information exchange, reaching a consensus in trustless conditions, assessing robot productivity or detecting performance problems, identifying intruders, allocating plans and tasks, deploying distributed solutions and joint missions. Blockchain-based applications are discussed to demonstrate how distributed ledger can be used to extend the number of research platforms and libraries for multi-agent robotic systems.

研究の動機と目的

• 分散型マルチロボットシステムにおける信頼性、データ整合性、協調性の課題に対処する。
• マルチエージェントロボットシステムにおけるブロックチェーン応用を特定・分類し、今後の研究を導く。
• 複雑なロボットおよびサイバーフィジカルシステムへのブロックチェーン統合の概念的・アーキテクチャ的基盤を提供する。
• スケーラブルで安全かつ分散型のロボットタスク協調のための主要な未解決問題と研究方向性を提案する。
• スマートコントラクトと分散台帳を用いて、異種ロボット間の自動的で検証可能かつ信頼性のない相互作用を可能にする。

提案手法

• タスク割り当て、パフォーマンス監視、不正検出などの機能的役割に基づいて、マルチエージェントロボットシステムにおけるブロックチェーン応用を分類する。
• 分散台帳技術（DLT）を用いて、ロボットエージェント間で不変で共有された状態を維持し、透明性と監査可能性を確保する。
• スマートコントラクトを実装して、中央集権的信頼に依存せずにタスク実行の自動化と検証、責任の履行、エージェント間の合意形成を実現する。
• PoW、PoS、PoAなどの合意形成アルゴリズムを適用し、信頼性のない環境下で取引の検証とシステム状態変更の合意形成を保証する。
• ロボットシステムとブロックチェーンを統合して、分散型意思決定、動的再構成、安全な通信を支援する。
• ブロックチェーンプリミティブを活用して、スケーラビリティ、セキュリティ、分散性を支援するアーキテクチャフレームワークを提案する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーン技術は、分散型マルチエージェントロボットシステムにおける信頼性とセキュリティをどのように向上させることができるか？
• RQ2 マルチエージェントロボットシステムにおけるブロックチェーン応用の主な機能的カテゴリーは何か？
• RQ3 合意形成メカニズムは、ロボットスウォームにおけるリアルタイムタスク協調とパフォーマンス検証をサポートするためにどのように適合させられるか？
• RQ4 サイバーフィジカルシステムおよびロボットネットワークへのブロックチェーン統合における重要な未解決課題は何か？
• RQ5 ブロックチェーンベースのシステムは、マルチロボット環境における自動タスク割り当て、パフォーマンス評価、不正検出をどのように支援できるか？

主な発見

• ブロックチェーンは、マルチエージェントロボットシステムにおける相互作用、タスク実行、パフォーマンス指標の安全で不変かつ透明な記録を可能にする。
• スマートコントラクトは、タスク履行の自動化と検証を可能にし、中央集権的信頼への依存を低減するとともに、責任の追及性を向上させる。
• PoWに比べ、PoAやPoSはレイテンシとリソース消費が低いため、ロボットシステムにはより適している。
• ブロックチェーンの統合により、当初は信頼できないエージェント間でも、分散型タスク割り当てと協働ミッション実行が可能になる。
• システム全体の協調性と信頼性を確保するためには、ロボットネットワークにおけるブロックチェーンベースの情報支援の概念的モデルが不可欠である。
• 特に高動的ロボット環境においては、スケーラビリティ、リアルタイム性能、システム統合の面で未解決の課題が依然として存在する。