basada en Sistemas Multiagente para la Gestión de Emergencias

La tesis presenta la arquitectura de un sistema espacial distribuido basado en sistemas multiagente para el intercambio de servicios satelitales inactivos, tanto en tierra como en vuelo. Además, la arquitectura incluye un nuevo elemento, una plataforma online para el intercambio de servicios satelitales terrestres, que permitiría una industria espacial más colaborativa, eficiente y más accesible al público en general.

Caso de Aplicación 1: Gestión de una Emergencia detectada en Órbita 77

Caso de Aplicación 2: Soporte a una Emergencia detectada en Tierra 89

87 Figura 6.13 Asociación entre los subpasos del Paso 7 y las unidades internas de usr-Trader 88 Figura 6.14 Diagrama de actividades: Manejo de un mensaje generado en un circuito dirigido a a. 93 Figura 6.20 Conexión entre los subpasos del paso 6 y las unidades internas de AgentSat 94 Figura 6.21 Conexión entre los subpasos del paso 6 y las unidades internas de AgentSat.

Capítulo 1

INTRODUCCIÓN

• Comentarios preliminares
• Aportes de la Tesis
• Método de desarrollo de la Tesis
• Paradigmas, Técnicas, Estándares y Herramientas utilizadas
• Visión General de la Tesis
• Capítulo 2

El Capítulo 2 proporciona una introducción a los conceptos que se utilizarán a lo largo de la tesis. En el capítulo 3 se elabora una revisión bibliográfica de los temas centrales de la tesis.

MARCO TEÓRICO

• Elementos de una Misión Espacial
• Sistemas Espaciales Distribuidos
• Constelaciones
• Trenes
• Clusters
• Enjambres
• Arquitectura Segmentada
• Satélites Federados
• Internet en el Espacio
• Inteligencia Artificial y Agentes Inteligentes
• Introducción
• Características de los Agentes
• Tipos de Agentes
• Entornos: Tipos y Características
• Sistemas Multiagente
• El modelo de referencia FIPA
• Economías Colaborativas
• Capítulo 3

Un ejemplo de esta configuración es la misión Cluster II de la ESA en colaboración con la NASA (Escoubet et al., 2001). Dada la importancia de la capacidad de respuesta de los agentes a eventos, la reactividad está presente no sólo en los agentes reactivos (una de las categorías), sino en la mayoría de ellos.

ESTADO DEL ARTE

Sistemas Espaciales Distribuidos

• Arquitectura Satelital Segmentada
• Sistemas Satelitales Federados

Posteriormente, un proyecto del Equipo de Conceptos Avanzados de la Agencia Espacial Europea (ESA) estudió la cuestión del intercambio de recursos en órbita entre pequeños satélites, caracterizando a estos segmentos como consumidores y proveedores de recursos (Leitner, 2010). El proyecto incluye dos conjuntos de instrumentos, ópticos y de microondas, que constituirán misiones de satélites de observación de la Tierra. Un tipo de descentralización de propiedad, que no es exactamente una SSF, es el de las cargas útiles alojadas o cargas útiles superpuestas.

Incluye un ejemplo de aplicación para el caso de una misión de Observación de la Tierra (EO) con un radioaltímetro en órbita y demuestra las ventajas y la viabilidad de una SSF en ese contexto.

Sistemas Multiagente en la industria Espacial

En (Skobelev et al., 2017), se desarrolló un sistema de planificación basado en sistemas multiagente para planificar un enjambre de satélites de observación de la Tierra. Y finalmente, el trabajo de Li et al. 2018) presentan una plataforma multiagente diseñada específicamente para estudiar el problema de la planificación y la cooperación entre múltiples satélites autónomos. Aunque no es exactamente un trabajo basado en AME, es relevante mencionar el trabajo reciente de Chien et al. 2017), que presenta un nuevo concepto de misión: HypsIRI IPM.

La obra presenta algunas similitudes conceptuales con la arquitectura propuesta en la tesis.

Capítulo 4

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Capítulo 5

SOLUCIÓN – ARQUITECTURA DEL SISTEMA

Introducción al Sistema

• Diseño Conceptual del Sistema
• Product Tree

En el caso del segmento terrestre, existen estaciones terrenas (ET), centros de control de misión (MOC) y una plataforma de intercambio de servicios satelitales (SSEP) que centralizan las operaciones de intercambio. Los clientes del sistema son los usuarios, los propios MOC y los proveedores de determinados servicios informáticos (procesamiento de imágenes, almacenamiento en la nube, etc.) que resultan de interés dentro de la comunidad espacial. En el primer nivel hay 3 elementos: AgentSat, la Estación Terrena con su extensión para poder trabajar con el SSEP y la plataforma SSEP.

Se basa en el paradigma multiagente, en el que cada elemento del sistema está representado por al menos un agente.

AgentSat

• Plataforma del Satélite/AgentSat
• AgentSat Payload
• AgentSat Data & Service Manager
• Platform Data & Services Manager

El diseño interno de los agentes de AgentSat se presenta en el Apartado 5.3 y la descripción de la plataforma y sus servicios en el Apartado 5.6. AgentSat Mass Storage (AMM) está destinado a almacenar temporalmente datos científicos relacionados con las órdenes de servicio de AgentSat. El AgentSat Autonomy Manager (AUM) es responsable de procesar aquellos telecomandos enviados desde tierra (y direccionados por CDH) que contienen información sobre la autonomía de AgentSat (AutonomyMode).

El manejador de datos de plataforma (PDH) es la unidad encargada de recibir los datos de telemetría (en respuesta a las consultas realizadas por el PRH), los TT-TC activos, los datos de posición de los satélites y todo tipo de eventos. funcionamiento de AgentSat.

Agentes del AgentSat

• Agente sat-Planner
• Agente sat-Controller
• Agente sat-Trader
• Agente sat-Learner
• Interfaces externas del AgentSat

El producto Plan&OrderStatus contiene información actualizada sobre la última acción realizada por el plan y el estado de la orden de intercambio, si la hubiera. Durante ese período en el que el AgentSat está esperando la respuesta, el estado del AgentSat está en WFR. Active-TRD Activo y Negociado: cuando se ha celebrado un acuerdo con otro agente para la ejecución de la orden.

AgentSat intercambiará información con dos elementos de la arquitectura: (i) otros AgentSats y (ii) estaciones terrestres.

Plataforma de Intercambio de Servicios Satelitales (SSEP)

Los tres módulos de atención al cliente (Usuario -USS-, Centros de Misión -MCS- y Estaciones Terrenas -GSS-) comparten la misma estructura interna y prácticamente actúan como interfaces para la administración del sistema, configuración de agentes y monitoreo del estado de los pedidos. En el caso especial de las estaciones terrestres, DMM no gestiona imágenes ni mensajes. El módulo de servicios del proveedor (PVS) es un elemento que se ha considerado en la arquitectura, pero su diseño interno no ha sido el foco de la tesis.

El diseño interno de los agentes SSEP se presenta en el apartado 5.5 y la descripción de la plataforma y sus servicios en el apartado 5.6.

Agentes del SSEP

• Agente usr-Trader
• Agente msc-Trader
• Agente gst-Trader
• Agente pvd-Trader
• Agente Trade Manager

La arquitectura y las unidades de software que componen msc-Trader son exactamente las mismas que las del agente comercial del usuario (párrafo 5.5.1) y los otros dos agentes comerciales (ET y proveedor de servicios). El agente comercial del centro de estaciones terrestres (gst-Trader) es el representante de TE en el mercado de servicios, que se desarrolla en la plataforma de agentes. Las unidades de arquitectura y software que componen gst-Trader son exactamente las mismas que las del Agente Comercial Usuario (Sección 5.5.1) y los otros dos Agentes Comerciales (MOC y Proveedor de Servicios).

La arquitectura y las unidades de software que componen pvd-Trader son exactamente las mismas que las del agente comercial del usuario (sección 5.5.1) y los otros dos agentes comerciales (ET y MOC).

Plataformas Agente

• Agent Management System
• Service Directory Facilitator
• Message Transport Service

Además, es responsabilidad de la RTM proporcionar información de calificación actualizada cuando lo soliciten los corredores agentes usuarios y el MOC. El Sistema de Gestión de Agentes (AMS) es responsable de la operación del AP (administrar recursos, llamar/suspender agentes, etc.) y mantener el directorio de agentes de la plataforma. El AMS proporciona información sobre los agentes de la plataforma (ID, dirección, descripción) para lo que serían el equivalente a las páginas blancas o White Pages en la jerga de Internet.

El Service Directory Connector (SDF) es responsable de mantener un directorio de servicios ofrecidos por cada agente de PA.

Estaciones Terrenas

La arquitectura de la Estación Terrena de acuerdo con SSEP se muestra en la figura 5.20. Del lado de la estación, el TSM es la unidad que recibe el detalle de los servicios de antena disponibles para ser prestados en el SSEP y los informes de pase, a partir de los cuales se actualiza el estado de las órdenes en curso. El Manejador de Datos Adicionales (XDH) es la unidad encargada de recibir los informes de mercado de AgentSats y TLEs necesarios para el monitoreo en tierra.

El Extension Message Handler (XMH) es la unidad que actúa como intermediario de los mensajes de AgentSats, entre la estación terrestre y el SSEP.

Caracterización de los Agentes del Sistema

• Caracterización del Entorno para cada agente

Eventos de plataforma de percepciones ▪ Eventos de instrumentos ▪ Órdenes generadas por MOC ▪ Planes generados por Onboard Planner ▪ Estado de orden de intercambio ▪ Eventos de AgentSat ▪ Datos de posición de satélite. Percepciones Registro y edición de órdenes de intercambio ▪ Actualizar estado de órdenes ▪ Órdenes de intercambio de otros AgentSats ▪ Aceptar y/o rechazar órdenes enviadas ▪ Parámetros de configuración de agentes ▪ Mensajes de AgentSats ▪ Sistema de datos de calificación de agentes ▪ Informes periódicos de SSEP. Acciones Enviar órdenes comerciales a otros agentes ▪ Aceptar y/o rechazar órdenes recibidas ▪ Enviar contenido del mensaje al cliente ▪ Notificar sobre eventos y estado de la orden ▪ Enviar mensajes a AgentSats ▪ Enviar informes SSEP periódicos al cliente.

Percepciones Mensajes AgentSat de estaciones terrestres ▪ Mensajes AgentSat de agentes SSEP ▪ Eventos de órdenes de cambio ▪ Calificaciones del servicio prestado.

Comunicación entre los Agentes del Sistema

• Protocolo de Interacción entre dos AgentSats en órbita

Intercambio del Estado de intercambio

El AgentSat i ofrece sus servicios disponibles

El AgentSat j acepta o rechaza la propuesta de servicios

El AgentSat j ofrece sus servicios disponibles Ídem paso 2

El AgentSat i acepta o rechaza la propuesta de servicios

• Protocolo de Interacción para Solicitud y Oferta de Servicios (2 agentes)
• Protocolo de Interacción para Subasta inversa de Servicios (n agentes)

La Figura 5.22 muestra un mensaje informativo enviado por AgentSat i y el mismo mensaje respondido por AgentSat j. La Figura 5.23 presenta mensajes de tipo propuesta para la oferta de servicio, y la Figura 5.24 muestra mensajes de tipo aceptar-propuesta y rechazar-propuesta. Un agente en el SSEP utilizará el protocolo de interacción FIPA-Request (FIPA, 2002f) cuando quiera comprar servicios satelitales y un FIPA-Proposal (FIPA, 2002e) cuando quiera ofrecerlos.

El protocolo se muestra en la Figura 5.26 y está adaptado para la aplicación en cuestión.

Capítulo 6

VALIDACIÓN DE LA ARQUITECTURA

Caso de Aplicación 1: Gestión de una Emergencia detectada en Órbita

• Presentación del caso
• Descripción detallada del caso

Los subpasos se detallan a continuación y se muestran en las Figuras 6.6, 6.7 y 6.8. 3.1) El administrador de órdenes sat-Trader recibe la orden comercial (TradeOrder), la procesa y la registra en su base de datos con el estado "Activo". 3.4) Finalmente, el gestor de pedidos actualiza el estado del pedido en la base de datos (“Active-TRD”) y, al mismo tiempo, notifica al sat-Controller. Se realiza contacto con el EE, se descarga el mensaje a tierra y CDH notifica al Ejecutivo del Plan el nuevo estado de la orden.

4.5) El Ejecutor del Plan envía el nuevo estado de la orden al Gestor de Órdenes. 4.6) El Gestor de Órdenes actualiza el estado de la orden y pasa a "Completado".

Caso de Aplicación 2: Soporte a una Emergencia detectada en Tierra

• Presentación del caso
• Descripción detallada del caso

Registro de órdenes en la SSEP para apoyar la gestión de emergencias. Los subpasos se detallan a continuación y se muestran en las Figuras 6.16. A proporciona las imágenes de satélite tipo X y MOC B las imágenes de tipo Y. 3.4) El administrador de pedidos actualiza el estado del pedido en la base de datos (“Active-TRD”). 10.3) El Gerente de Cuenta cierra la orden de servicio y luego actualiza los estados de cuenta de cada uno de los participantes de la transacción.

10.4) El último paso del proceso lo lleva a cabo el gerente de informes, quien prepara un informe que resume las transacciones del servicio prestado y lo envía a todos los involucrados.

Capítulo 7

CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO

Conclusiones

El sistema incluye todos los elementos y actores de una misión satelital típica, y algunos otros, con el fin de obtener una visión sistémica precisa de un eventual mercado unificado de servicios satelitales. También incluye el diseño interior de los agentes para estudiar su interacción, tanto entre agentes de vuelo como de tierra. La arquitectura propuesta fue validada conceptualmente con casos de aplicación, a partir de los cuales se detalló el concepto operativo y se pudo ilustrar su dinámica.

El sistema incluye satélites con un nivel de autonomía configurable (AgentSats) y una arquitectura relativamente genérica, de forma que puede servir de base para otras aplicaciones.

Futuras Líneas de Trabajo e Investigación

Value-Centered Design Methodologies for Separated Spacecraft: Summary of Progress from Phase I of the DARPA F6 System Program. En Proceedings of the Fifth International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space (SP-440). Proceedings of the Agent-Oriented Information Systems Workshop at the 17th National Conference on Artificial Intelligence (pp. 3-17).

En Proceedings of the International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space -iSAIRAS-.