Архитектура каждой компоненты МРС обусловлена тем набором функций, которые она должна выполнять, а именно:

F1 – иметь возможность обмениваться данными либо с центральной системой управления (для централизованного способа управления), либо с локальными подсистемами (для распределенного способа).

F2 – обеспечивать процесс принятия решения или планирования (для децентрализованного управления).

F3 – обеспечить координацию с другими подсистемами на этапе исполнения спланированного задания,

F4 – исполнять соответствующие подзадания, сформированные на этапе планирования.

Функция F1 является, вообще говоря, чисто технической и ее реализация состоит в поддержке соответствующих сетевых протоколов. Обеспечение функции F2 состоит в требовании иметь в составе подсистемы базу знаний для принятия решений. Функция F3 требует наличия механизма, приводящего в действие исполнение системой соответствующих подзаданий по сигналам, поступающим от других подсистем. При этом эти сигналы не должны требовать перепланирования задания в целом (например, неуспех при выполнении подзадания одной из подсистем). Выполнение функции F4 обеспечивается нижним уровнем локальной системы управления и аппаратными средствами подсистем.

Заметим, что если локальная система является сложной в смысле введенного в п. 2 определения, то процесс исполнения подзадания также может включать в себя этапы планирования и координации исполнения. Например, для мобильного робота, включающего в свой состав шасси, манипулятор и систему технического зрения, подзадание в форме «переместить объект А в позицию В» может быть распланировано следующим образом: t1 – манипулятор, убрать; t2 – TV, найти А; t3 – манипулятор, сменить схват; t4 – манипулятор, взять А; t5 – манипулятор, положить в В; с соответствующей координацией между подсистемами «манипулятор» и «TV» в процессе исполнения.

Таким образом, подсистема должна включать по крайней мере следующие 4 функционально различные компоненты (рис. 3.4):

- коммуникатор (F1);

- планировщик (F2);

- координатор (F3);

- исполнитель (F4).

4. Метод координации и планирования

Координация исполнения

Воспользуемся подходом, состоящим в представлении этого уровня системы управления как сети специальным образом построенных конечных автоматов.

Сетевой автомат

Назовем сетевым автоматом NA с p входами и q выходами следующий кортеж:

NA = <I, O, U, X, Z, f, h>                                                          (4.1)

где I = {i₁, i₂,…, i_p} – множество входов;

O = {o₁, o₂,…, o_q} – множество выходов;

U = {u₁, u₂,…, u_m} – входной алфавит;

X = {x₁, x₂,…, x_n} – множество состояний;

Z = {z₁, z₂,…, z_k} – выходной алфавит;

f: X´V®X – одношаговая переходная функция, где VÌU´I;

h: X´V®W – выходная функция, где WÌZ´O.

Элементы множеств V и W будем называть обобщенными входными и выходными алфавитами соответственно.

Введем дополнительно специальный символ e, который является элементом и входного и выходного алфавитов. Этот символ мы будем интерпретировать как пустой символ, который всегда присутствует на выделенном входе автомата, так что если в описании перехода из некоторого состояния присутствует входной символ e, тогда осуществляется соответствующий переход. Появление символа e в выходном канале означает, что на выход ничего не поступает. Здесь надо заметить, что полученный в результате автомат не является автоматом Мили, поскольку он не сохраняет длину отображения.

Далее при изображении графа сетевого автомата мы будем использовать следующую нотацию: через i.u будем обозначать символ входного алфавита uÎU, пришедший по входному каналу i Î I; через z.o будем обозначать символ выходного алфавита zÎZ, поступивший в выходной канал oÎO.

Введем теперь понятие сети автоматов как набора автоматов, объединенных своими входами и выходами и взаимодействующих путем передачи / приема символов своих выходных / входных алфавитов.

Назовем сетью автоматов L связный мультиграф:

L = (E, C),                                                                                  (4.2)

где E = {e₁, e₂,…, e_n} – множество вершин графа;

C = {c₁, c₂,…, c_m} – множество направленных дуг, c_i = (e_j, e_k).

Вершина графа интерпретируется как сетевой автомат, а дуга – как канал связи между автоматами, используемый для обмена элементами входных / выходных алфавитов.

Работа сети заключается в параллельном функционировании всех составляющих ее автоматов, поведение каждого из которых, в свою очередь, определяется его текущим состоянием, а также состоянием входных каналов.

Пусть теперь L = (E, C) – сеть автоматов, и пусть распределенная система состоит из подсистем, каждая из которых описывается конечным автоматом, так что M = {M_i} – множество моделей подсистем.

Тогда, если M Ì E, то

L^c = {E^c, C^c},                                                                              (4.3)

где E^c = E \ M, будем называть управляющей структурой для распределенной системы, представленной моделями {M_i}.

Ясно, что будучи соединенной с реальными подсистемами, управляющая структура обеспечит некоторое поведение подсистем, зависящее от топологии управляющей структуры и атрибутов сетевых автоматов, входящих в ее состав.