Optimal Sensor Scheduling for Systems under Temporal Constraints

Bc. Eva Tesařová

Master's thesis

Abstract:

Autonomní řídící systémy využívají různé druhy senzorů, aby snížily nejistotu pod kterou pracují. K poskytnutí informací ze senzorů jsou třeba různé zdroje, například energie, čas a komunikace. V naší práci se zabýváme diskrétními přechodovými systémy s různými módy pozorování. Každý pozorovací mód poskytuje různou informaci o stavech systému a je s nimi spjata různá nezáporná cena. Uvažujeme několik problémlů. Nejlprve je naším cílem najít strategii založenou na pozorování tak, že je splněna daná scLTL vlatnost a zároveň je minimalizována cena za použití senzorů. Za druhé, uvažujeme ohraničenou verzi problému, kdy požadujeme splnění dané formule do jistého časového limitu. Nakonec, poskytujeme prostředky, které nám umožňují budovat složitější formule a vyjádřit tak bohatší vlastnosti. V práci prezentujeme korektní a optimální řešení zmíněných problému a demonstrujeme jejich použití na motivačních robotických aplikacích.

Abstract:

Autonomous control systems use various sensors to decrease the amount of uncertainty under which they operate. While providing partial observation of the current state of the system, sensors require resources such as energy, time and communication. We consider discrete systems with non-deterministic transitions and multiple observation modes. The observation modes provide different information about the states of the system and are associated with non-negative costs. We consider several control problems. First, we aim to construct a control and observation mode switching strategy that guarantees satisfaction of a finite-time temporal property given as a formula of syntactically co-safe fragment of LTL (scLTL) and at the same time, minimizes the worst-case cost accumulated until the point of satisfaction. Second, the bounded version of the problem is considered, where the temporal property must be satisfied within given finite time bound. Last, we provided means to allow express specification as more alternative tasks with priority rules and strategy is synthesized according to the rules. We present correct and optimal solutions to all proposed problems and demonstrate their usability on a case study motivated by robotic applications.

Keywords

control synthesis, non-deterministic system, temporal constraints, complementary safe LTL, partially observable system, least-violating strategy

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 1. 7. 2016
• Supervisor: prof. RNDr. Ivana Černá, CSc.
• Reader: doc. RNDr. Tomáš Brázdil, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Master programme / field:
Informatics / Parallel and Distributed Systems