وتتألف النظم المتعددة العناصر من عوامل مستقلة متعددة تتفاعل في بيئة مشتركة لتحقيق أهداف فردية أو مشتركة، ويمكن أن تكون هذه العوامل آليا أو برامج أو طائرات بدون طيار أو مركبات، وكلها مجهزة بقدرات الاستشعار والاتصال وصنع القرار، وتنسيق هذه العوامل أساسي لمعالجة المهام المعقدة التي تتجاوز قدرة الوكيل الوحيد - من التشغيل الآلي للمستودعات وبعثات البحث والإنقاذ إلى اتباع استراتيجيات مستقلة للتحكم في الطرق السريعة وفعالة(ب).

مؤسسات النظم المتعددة العناصر

وقبل أن يُخضع هذا النظام للسيطرة المثلى، من الضروري فهم لبنات البناء الأساسية للنظم المتعددة العناصر، ويمكن أن يكون العملاء متجانسين [مجهولين مهملين] (مصنفين في القدرات والسلوك) أو [ممثلين في الهندسة المتطورة] (مختلفين في كثير من الأحيان في الأجهزة أو البرامجيات أو في أدوار أكثر تعقيداً).

التمثيل الافتراضي

أداة رياضية مشتركة لنموذج التفاعلات في النظم المتعددة الوكلاء هي نظرية الرسم البياني، العملاء مُمثّلين كعناصر في الرسم البياني، ووصلات التواصل أو الاستشعار هي حواف، مصفوفة الإجراءات التي يمكن للوكلاء تبادل البيانات، بينما تُستخدم مصفوفة اللابلاكي في تحليل توافق الآراء ومواثبة التقارب، مثلاً في بروتوكول [FLT:

فرض ضريبة على التنسيق المتعدد العناصر

يمكن تصنيف المهام التعاونية إلى عدة فئات: consensus] (يتفق العاملون على قيمة مشتركة)، ] مراقبة المعلومات (يحتفظون بالتشكيل الجغرافي المنشود)،

مشكلة تشكيل السيطرة على الأسلحة

[FLT] Optimal control of multi-agent systems aims to find control inputs that minimize a cost function while satisfying agent dynamics and inter-agent constraints. The problem is often formulated as a constrained optimization over a finite or infinite horizon. let each agent ]i

ويظهر الجانب التعاوني في وظيفة التكاليف والقيود: يجب على العملاء تبادل المعلومات للتقليل إلى أدنى حد من هدف عالمي، أو تجنب الاصطدامات مع بعضهم البعض، أو الحفاظ على التكوين، ويتمثل التحدي في أن يكون الاستخدام الأمثل مقترناً بين العناصر، مما يؤدي إلى مشكلة كبيرة، غالباً ما لا تثير القلق، تتطلب أساليب للتحلل أو الاستخدام الأمثل.

التحديات في مجال الرقابة المثلى للنظم المتعددة العناصر

وفي حين أن فوائد التعاون المتعدد الوكلاء واضحة، فإن تحقيق السيطرة المثلى في الممارسة العملية يواجه عدة تحديات أساسية، وليست هذه التحديات مجرد تحديات تقنية بل ناجمة عن التعقيد المتأصل في عملية صنع القرار الموزعة في ظل عدم اليقين.

Scalability

ويزداد عبء الحساب والاتصال زيادة كبيرة مع عدد العملاء، إذ يمكن أن تتجاوز الحلول المركزية، حيث يحل أحد المتحكمين التعددية الأطراف بأكملها، القيود المفروضة على مجموعات من المئات أو الآلاف من العملاء، وقد ينفجر حيز الدولة، والوقت اللازم لحصر إجراءات المراقبة المثلى عالميا، القيود المفروضة في الوقت الحقيقي، ويجب أن يكون للجرائم القابلة للتداول عوامل معقدة تنمو بشكل متكافئ (أو دون المستوى).

القيود على الاتصالات

Forliable information exchange is not guaranteed in real-world deployments. agents may experience communication delays, ] loss, limited bandwidth, or intermittent connect strategies must be robust instance.

اللامركزية والخصوصية

وفي العديد من التطبيقات، لا يمكن استيضاح وجود مراقب مركزي بسبب الشواغل المتعلقة بالخصوصية أو المخاطر الأمنية أو القيود على الهياكل الأساسية، إذ يتطلب التحكم اللامركزية أن يقوم كل عامل بحساب إجراءات الرقابة التي يقوم عليها فقط المعلومات المحلية، وحصر تحديثات الجيران، وهذا يتطلب ] مقاييس الاستخدام الأمثل التي تتقاسم المعلومات على الصعيد العالمي (أو على نحو قريب).

السمنة

وعندما تكون لدى العملاء ديناميات أو قدرات أو قيود مختلفة، تصبح مشكلة الرقابة أكثر تعقيدا، فعلى سبيل المثال، يتطلب فريق من الطائرات الثابتة الجناحين والطائرات الرباعية الطراز قوانين مراقبة مختلفة واستراتيجيات تنسيق مختلفة لأن نماذجها المقترحة تختلف اختلافا كبيرا، ويجب أن تكون مهمة التكلفة مسؤولة عن هذه الاختلافات، ويجب أن تتطابق خوارزميات تخصيص المهام مع القدرات التشغيلية على الوجه الأمثل.

عدم اليقين

(ب) البيئات الحقيقية مُحكمة: إذ تنتج أجهزة الاستشعار قياسات مزعجة، وتعاني المُلَكِّمات من عدم الدقة، وتؤثر الاضطرابات الخارجية (الرياح، والأفعال البشرية) على سلوك العناصر الفاعلة، ويمكن أن تؤدي سياسة التحكم المثلى التي تُحسب لنموذج إسمي إلى درجة سيئة من عدم اليقين. تحديد القيود على الحرق [الطرق البديلة:1]

استراتيجيات الرقابة على المستوى الأمثل

وقد تم وضع مجموعة واسعة من الأساليب لمعالجة التحديات المذكورة أعلاه، ويعتمد اختيار الاستراتيجية على حجم الفريق، وقدرات الاتصال، ومتطلبات المهام، والموارد الحاسوبية المتاحة، كما نوضح أكثر النهج بروزا.

نموذج المراقبة الافتراضية

(ب) أن تكون السيطرة الافتراضية النموذجية بمثابة حجر الزاوية للتنسيق المتعدد العناصر لأنها تعالج بطبيعة الحال القيود ويمكن أن تشمل التنبؤات بالدول المقبلة.() وفي إطار [Fribut] () فإن أحد المتحكمين يحل مشكلة الحد الأمثل على الأفق المتناقص لتوليد مدخلات التحكم لجميع الوكلاء.()

فعلى سبيل المثال، في فصيلة المركبات المستقلة، يقوم كل وحدة من وحدات المركبات التابعة لجهاز إم بي بي بي بحسابات التعجيل التي تحتفظ بمسافات آمنة فيما بين المركبات مع التقليل إلى أدنى حد من استهلاك الوقود، وبتبادل موجزات التعجيل المتوقعة على وصلة اتصالات قصيرة المدى مخصصة، تحقق الفصيلة استقراراً صارماً.

التوزيع الأمثل

(أ) عندما يمكن إزالة وظيفة التكلفة العالمية كمجموع للتكاليف المحلية بالإضافة إلى المصطلحات المضاعفة، تم توزيع أساليب الاستخدام الأمثل مثل [الطريقة المثلى للترميز على الصعيد العالمي] و[متغيرات التحلل التدريجي هي افتراضات فعالة.

التحكم في التعليم

In dynamic or poorly modeled environment, learning-based approaches offer flexibility. Multi-agent reinforcement learning (MARL) agents to learn opt policies through interaction with the environment and each other. Algorithms such as ]MADDPG

والملاحة المسيرة للطائرات الآلية المستقلة ذاتياً في البيئات المتناثرة هي حالة استخدام رئيسية: فالوكلاء يتعلمون تجنب الاصطدامات ويبقون معاً بينما يستكشفون أماكن غير معروفة. ومن الأمثلة البارزة على ذلك مراقبة الطيران الموزعة لشعلة من 10 طائرات بدون طيار باستخدام التعلُّم بالتعاضد .]

ألف - الرقابة على أساس توافق الآراء

(ب) توفر خوارزميات توافق الآراء طريقة غير قابلة للتدرج لكي يتوصل الوكلاء إلى اتفاق بشأن متغير مشترك (مثلاً، أو الموقع أو العنوان أو السرعة) وفي مراقبة التكوين، تقترن بروتوكولات توافق الآراء بالمجالات المحلية المحتملة للحفاظ على المسافات المستصوبة بين الوكالات.() أما النهج القائم على الاستشعار [FtriT:1] فهو نهج متوافق عليه تماماً ويستلزم فقط الاتصال المحلي

التحكم النظري

عندما يكون لدى العملاء مصالح متضاربة أو معلومات محدودة نظرية اللعبة توفر إطاراً لتحليل وتصميم الاستراتيجيات المثلى بالنسبة للمهام التعاونية، ألعاب يمكن استخدامها ] تضمن وجود توازن نقي بين الناش، ويمكن للوكلاء أن يحسنوا بشكل متكرر سياساتهم للوصول إلى تشكيلة مثالية اجتماعياً.

تطبيقات الرقابة على الوجه الأمثل للتعاون

وقد أدت التطورات النظرية في المراقبة المثلى المتعددة العناصر إلى ظهور طائفة واسعة من تطبيقات العالم الحقيقي عبر الصناعات، ونسلط الضوء على عدة مجالات تؤدي فيها المراقبة التعاونية إلى أثر ملموس.

أجهزة الإنذار السويدية للاستكشاف والبحث

وتستفيد بعثات البحث والإنقاذ في مناطق الكوارث من أزمنة الروبوت التي يمكن أن تغطي مناطق كبيرة بسرعة، ويجب أن توازن خوارزميات التحكم الأمثل بين الاستكشاف (تغطي أرض جديدة) وصيانة الاتصالات (تأمين بقاء الحزام متصلاً) مثلاً، يمكن أن يوصل كل جهاز من أجهزة التحكم في الأنقاض الموزعة إلى موقع رصد أمثل، مما يخفف من المساحة الإجمالية للآليات المتعاونة.

فصيلة المركبات المستقلة

وفي مجال النقل، يؤدي فصيلة الشاحنات ذات العمل الثقيل إلى الحد من السحب الهوائي واستهلاك الوقود والانبعاثات، وتضع المركبة الرائدة السرعة، وتحافظ المركبات التالية على ثغرة ضيقة باستخدام التحكم في الرحلات الجوية المكيفة التي تعززها الاتصالات بين المركبات، وتستخدم أساليب التحكم الأمثل، وخاصة الموزعة على المركبات المتعددة الكلور، لضمان الراحة والسلامة والاستقرار في الخيوط.

شبكة الاستشعار الموزعة

وتتعاون شبكات أجهزة الاستشعار الثابتة أو المتنقلة لرصد البارامترات البيئية (مثل درجة الحرارة، والتلوث، والنشاط السيزمي) ويمكن للتحكم الأمثل في مواقع الاستشعار أو معدلات أخذ العينات أن تحقق أقصى قدر من المكاسب في المعلومات مع التقليل إلى أدنى حد من استهلاك الطاقة. ] مرشحات كالمان القائمة على الكونسوس ] تسمح للمستشعرات بأن تقدر حالة حقل بيئي دون اندماج المركزي.

تشكيلات التعاونيات

وتعتمد برامج الضوء التي تستخدم الطائرات بدون طيار التجارية (مثلاً، طائرات إنتل لتصوير النجوم بدون طيار) على مسارات مركزية مجهزة مسبقاً، ولكن التطبيقات الأكثر تقدماً تتطلب إعادة تخطيط على شبكة الإنترنت، وتستفيد أشكال المراقبة أو تسليم الطرود أو نقل الاتصالات من الرقابة المثلى التي تحافظ على شكلها معوقات وتقييدها، وتستخدمها الاستخدامات الأخيرة ] غير الخطية [FLT]:

الاتجاهات المستقبلية والمشاكل المفتوحة

وعلى الرغم من التقدم السريع، لا تزال هناك تحديات كثيرة، ومن المرجح أن يؤدي الجيل القادم من المراقبة المثلى المتعددة العناصر إلى زيادة تشديد التعلم والمراقبة، ومعالجة ضمانات السلامة للسياسات القائمة على أساس التنفيذ، والعمل في ظل قيود شديدة على الموارد.

دمج الاستخبارات الفنية

ويتيح التعلُّم عن تعزيزات عميقة الوعد بمناولة المدخلات الحسية الغنية (مثل الصور المصوّرة) التي يصعب وضعها تحليلياً، غير أن الأساليب الحالية لشبكة مار إل تكافح بكفاءة العينات وتفتقر إلى ضمانات السلامة الرسمية، ويُعد الجمع بين التعلم والتحكم في النماذج التنبؤية - باستخدام الشبكات العصبية للتنبؤ بالديناميات أو لتحقيق الاستخدام الأمثل للدفء - اتجاهاً واعداً [FLT:]Safe RL[FT:[1]:

"الغوريثام" المُتَقَدَّمَة لـ "سُحرِر كبير جداً"

وبالنسبة لأورام مئات أو آلاف العملاء (مثلاً، الجرعات الدقيقة أو الآبار الآلية للبناء)، يجب أن يكون الاتصال والحساب ضئيلاً للغاية، وتحل نظرية لعبة الميدان محل السكان الكبار بحد متوال، وتخفض مشكلة التحكم في حل معادلة التفاضل الجزئي، ولا يزال هذا النهج في طليقه للآليين العمليين، ولكنه له أسس نظرية قوية في الاقتصاد.

التفاعل بين البشر والحروب

ونظراً لأن النظم المتعددة العناصر تنتشر إلى جانب البشر، فإن استراتيجيات المراقبة يجب أن تُحاسب المشغلين البشريين الذين يُعطون أوامر رفيعة المستوى أو يعملون في أماكن قريبة جداً، وتصميم واجهات غير ملائمة وخطط مراقبة مشتركة (مثلاً، " التلاعب " أو " السلوك المتفرج " ) أمر حاسم، ويمكن أن تساعد المراقبة الأمثل في تحقيق التنسيق على المستوى المنخفض مع ترك القرارات الاستراتيجية للبشر.

التوثيق والتحقق الرسمي

وتتطلب التطبيقات الحيوية للسلامة مثل سيارات الأجرة الجوية المستقلة أو الروبوتات الجراحية رقابة صحيحة بشكل محتمل. ] وظائف الري ] و] يمكن إدماج مهام ليابونوف في الرقابة المثلى لإنفاذ السلامة والتقارب.

وفي الختام، فإن السيطرة المثلى على النظم المتعددة العناصر هي ميدان نشط ومتعدد التخصصات يدمج النظرية ويتحكم في أفضل الطرق والتعلم الآلي والآليات، وما زالت الأدوات الأساسية - من نظرية الرسم البياني وقائمة على توزيع البرمجيات المتعددة العناصر إلى نظام MARL - تتطور، مما يتيح زيادة تطور السلوك التعاوني، حيث أن نمو الطاقة الحاسوبية والاتصالات يصبحان أكثر اتساما بالطابع، يمكننا أن نتوقع أن تتحول نظم النقل المتعدد العناصر من الصناعات.