Türkiye’de Mikroelektronik Sektörü – Neredeyiz , Neler Yapılabilir ?
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Fachbereich Elektrotechnik und...
-
Upload
bathilda-nachtwey -
Category
Documents
-
view
109 -
download
0
Transcript of Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik Fachbereich Elektrotechnik und...
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik, Universität Rostock
Ralf Salomon, Frank Golatowski
Universität Rostock
Aufbau höherer Strategien für kleine autonome mobile Roboter basierend auf Methoden der dynamischer Rollengenerierung und
lokaler Interaktion
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Arbeitsgebiete
Entwurfsunterstützung harter Echtzeitsysteme
Rapid Prototyping
Eingebettete und Echtzeit-Systeme
Mobile computing systems
Rechnerarchitektur und -systeme
High-level Systementwurf
Chipdesign (FPGA, ASIC)
VLSI
Soft Computing, Evolvable Hardware
Mobile Agenten
Künstliche Intelligenz
Objektorientierte und komponenten-basierte Softwareentwicklung
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Gliederung
1. Dezentraler Ansatz (lokale Interaktion und dynamische Rollenberechnung)
2. Aufgaben und Realisierung
3. Aktueller Stand
4. Zusammenfassung
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Small size league
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Small size league: dezentrale Architektur
Key Challenges
Distributed intelligence
Parsimonious design
Timing constraints
Power awareness
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Selbständig agierende Teammitglieder
• Kohärentes Systemverhalten trotz autonom agierender Agenten
• Aufgabenteilung zwischen den Robotern– Dynamische Rollenverteilung auf die Roboter– Autonome Rollenwahl mittels Potenzialmethode– Dabei Unterstützung mittels sporadischer lokaler
Kommunikation (peer-to-peer)
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Algorithmische Herausforderungen
1. Sinnvolle Rollenverteilung ohne Doppel- und Fehlbelegungen
2. Vermeidung des durch Fehlkommunikation verursachten Thrashings
3. Navigations- und Kollisionsvermeidung4. Beschleunigung von Teilalgorithmen durch
Auslagerung auf rekonfigurierbare Hardware (parsimonious design)
5. Generische Middleware für drahtlose Kommunikationstechnologien
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Zentrale Architektur
Bildverarbeitungs-komponente
Datenkomponente
Strategiekomponente
Roboter komponente
Simulatorkomponente
Roboter komponente
Roboter komponente
Roboter komponente
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Dezentrale Architektur
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Dezentrale Architektur
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Software-Entwicklungsprozess
Unterstützung auf drei Ebenen 1. Software-Engineering für autonome
Agentensoftware 2. Beschreibung des Systemverhaltens
– Effiziente Entwicklung und Verifikation von Kernalgorithmen
– Automatische Codegenerierung – Echtzeitverhalten, Deterministik
3. Design Exploration– Kombination effektiver Algorithmen – Entwurfsbeschleunigung durch hohen Abstraktionsgrad
und gleichzeitigem Durchgriff auf niedrigere Entwurfsebenen
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Visionen
1. Vertiefte Einblicke in die Funktionsweise verteilter Intelligenz
2. Sich selbst weiterentwickelnde Systeme mittels abstrakter Spezifikationen
3. Kombination aus eingebetteten Systemen, Software-Engineering und künstlicher Intelligenz auf komplexe, skalierbare Systeme
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Wo stehen wir?
• Zentralisiertes Gesamtsystem komplett in UML beschrieben• Strategie mit Rollenverteilung nach Potenzialmethode• Roboter mit omnidirektionalem Antrieb• Simulator
Containersteuerung
imageEvaluation
thread_imageProcessing
writeData
container
initContainer initThreads stop
evStartevStop
evQuitT
evQuit
position processing
Tm(100)
container_controller
getData
thread_Strategie
calculateStrategy
writeCommandssimulationMode
thread_sendPosition
getData
sendData
simulationMode
containerStart
no yes thread_simulator
getCommands
writeData
simulation
yesnogetCommands
sendData
commandRecode
thread_sendCommands
not insimulationmode
not insimulationmode
wait fornewcommandsand freechannel
Befehle senden
Bildver-arbeitung
Strategie
Positionensenden
Simulator
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Wo stehen wir?
• Zentralisiertes Gesamtsystem komplett in UML beschrieben• Strategie mit Rollenverteilung nach Potenzialmethode• Roboter mit omnidirektionalem Antrieb• Simulator
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Zusammenfassung
• Entwicklung verteilter Intelligenz bei dezentrale Steuerung und lokaler Interaktion
• Beschleunigung der Design Exploration• Integration unter Beachtung der
Computational Efficiency
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Kontaktinformation ?
Lage des Institut
in Rostock-Warnemuende
Universität Rostock
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Institut für Angewandte Mikroelektronik und
Datentechnik
Richard-Wagner Str. 31
18119 Rostock-Warnemünde
Germany
Tel.: +49 381 498 3538
Fax: +49 381 498 3601
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Arbeitsplan (aktualisiert)
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Aufgaben
1. UML Beschreibung der einzelnen Komponenten2. Spezifikation des notwendigen Zeitverhaltens, damit
a) Komponenten ausgetauscht werden können und b) eine dezentrale Realisierung schon im Entwurfsprozess
unterstützt wird.
3. Realisierung der dynamischen Rollenzuweisung4. Aufbau eines lokalen drahtlosen Kommunikationsnetzwerkes. 5. Anpassung bzw. Erweiterung existierender
Navigationsalgorithmen6. Entwicklung einer Entscheidungskomponente, die auf
Softcomputing-Methoden basiert7. Test der spezifizierten Algorithmen (Rollenzuteilung und
Rollenaustausch) sowohl durch Simulation als auch im Roboter-Team.
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Aufgaben
Gaining insight into the nature of distributed intelligence
• Dynamische Rollenzuweisung nach Potenzialmethode
• Transformation auf dezentralen Ansatz• Lokale Kommunikation• Lokale Bildverarbeitung durch effiziente Hardware-
Unterstützung (FPGA)• Integration hardwarebasierter
Bilderkennungsalgorithmen• Echtzeitnachweis • Funktionstests mit mobilen Robotern
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Detaillierte Aufgaben: StrategieRollenverteilung und Rollenwahl
• Dynamische Berechnung der Rollen und Rollenverteilung
• Entwicklung interagierendes Feedbacksystem
• Optimierung Strategienauswahl
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Detaillierte Aufgaben: Strategie
• Vorhersage des Verhaltens von Roboter u. Ball
• Spezielle Algorithmen zur Hindernisvermeidung und Wegeplanung
• Integration aller zur Verfügung stehender Rollen in die Rollenverteilungen
• Entwicklung interagierendes Feedbacksystem • Dynamische Berechnung der Rollen und
Rollenverteilung• Optimierung Strategienauswahl
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Rollenverteilung
Potenzialmethode• Analyse aus Sicht des einzelnen Spielers• Verteilung von Gewichten an die Spieler• Bis zu 24 Potenziale pro Spieler• Potenziale für GegenspielerErgebnis: • Potenzial die speziellen Rollen auszuüben• Rollenvergabe nach den Potenzialen
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Arbeitsplan (aus Antrag)
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Der R.O.P.E.S Prozess
Rapid Object-Oriented Process for Embedded Systems
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Datenfluss im Container
• Ablaufsteuerung der Software im RoboCup Projekt
• Abarbeitung der Module in Threads
• Realmodus• Simulationsmodus
Bildverar-beitung
BefehleSenden
Simulator
Strategie
PositionenSenden
Con
tain
er
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Zustandsdiagramm Container
Bildver-arbeitung
BefehleSenden
Strategie
PositionenSenden
Simulator
Containersteuerung
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Zustandsdiagramm Container
imageEvaluation
thread_imageProcessing
writeData
container
initContainer initThreads stop
evStartevStop
evQuitT
evQuit
position processing
Tm(100)
container_controller
getData
thread_Strategie
calculateStrategy
writeCommandssimulationMode
thread_sendPosition
getData
sendData
simulationMode
containerStart
no yes thread_simulator
getCommands
writeData
simulation
yesnogetCommands
sendData
commandRecode
thread_sendCommands
not insimulationmode
not insimulationmode
wait fornewcommandsand freechannel
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Die Datenablage
CRobotSettings
CStaticElements
CInitialisierung
CDynamicElements
CPlayingField
CRobotTypeA
CTacticSettings
CCommunicationSettings
CRobotTypeB
CElements
CPlayer COpponent CBall
CGameSettings CDynamicTacticBallSettings
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Die Rollenverteilung
CRulesystemOne
CRulesystemBasis
CRulesystemTwo CRulesystemPotenzial
CRulesystemThree CRulesystemFour
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Die Rollen
CPassiveRole
CActiveRole
CPassgeber
CRole
CExtraRole
CPassempfaenger
CSchütze
CBallholer
CDribbler
CBallbefreier
CPositionierer
CAbsicherer
CWartender
CFreudentaumel
CBlockierer
CTorwartCElfmeterschuetze
CFreistossschuetze
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Ablauf der Strategieberechnung
Übergabe der Positionen
Rollenverteilung
Rollenberechnung
Zurückgabe der Befehle
Für jeden Spieler
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Zentrale Strategiekomponente
• Umwandlung von Bildinformationen zu Befehlen für die Roboter
• Basiert auf rollenbasierten Ansatz (Rollenverteilung, Rollenausführung)
• Potenzialmethode zur Rollenverteilung
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Tests mit dem Simulator
• Nachweis der Funktionalität,Einsetzbarkeit
• Simulator als Idealisiertes Abbild der Realität
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Ergebnisse der Tests
• Zusammenarbeit Strategiemodul mit Container und Simulator möglich
• Rollenverteilung einfach, aber robust• Rollen funktionieren• Hindernisvermeidung meistens erfolgreich• Torwart ist sehr gut
Ralf Salomon
Frank Golatowski
Universität Rostock
Institut für Angewandte Mikroelektronik und Datentechnik
FB Elektrotechnik und Informationstechnik
Ergebnisse Strategiemodul
• Lauffähiges Strategiemodul zum Testen und Weiterentwickeln
• Klare Struktur • Verständlichkeit ist gegeben• Erweiterbarkeit ist möglich• Dokumentation mit Rhapsody und UML• Zusammenarbeit mit Container und
Simulator