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문제 정의
- 이를 위하여 청소에 필요한 공간적인 영역을 일정한 단위 공간으로 구분하고 각 단위 공간을 공간의 크기와 오염도로 특징짓는다. 그리고 청소로봇의 현 배터리 상태는 물론 다수의 청소로봇을 소비 전력 측면에서 가장 효율적으로 운용하기 위한 이들 간의 협업 알고리즘을 제안한다. 이러한 복합적인 문제를 해결하기 위하여 게임 이론적인 접근 방법을 도입하였으며 특히 다중 청소로봇의 협업을 협력적 게임이론을 이용하여 해결하였다.
- 또한 운용되는 청소로봇의 개수가 증가함에 따라 소비전력량 측면의 청소효율도 증대됨을 확인할 수 있다. 본 논문에서 제안하는 방법을 통하여 하나의 특정 단위 공간에서 가장 최적의 조건에서 청소를 완료할 수 있는 청소로봇에게 우선적으로 해당 청소공간을 할당할 수 있기 때문에 청소로봇의 개수가 늘어날수록 청소효율을 높일 수 있는 청소로봇을 선택할 확률이 높아지게 된다. 따라서 위의 그래프와 같이 운용 청소로봇의 개수가 증가할수록 청소효율도 증가하는 결과를 얻을 수 있게 된다.
- 본 논문에서는 기존 청소로봇의 시스템을 확장하여 단일 청소로봇이 아닌 다수의 청소로봇을 운용하는 시스템을 제안하였다. 특히, 공평성과 효용성을 보장하기 위하여 청소시 소모하는 소비전력량을 효용의 관점에서 바라보고 그에 따른 효용 함수를 제안하였다.
- 주어진 청소 대상 공간에서 한 대의 청소로봇만을 운용하는 방법은 중복 청소로 인해 시간 및 전력이 낭비될 수 있으며, 청소 구역이 누락되는 경우가 발생할 수 있고, 넓은 청소공간을 한 대의 청소로봇이 담당하게 되는 경우에는 배터리 전력 면에서 한계를 가질 수 있다. 이러한 한계점을 해결하기 위하여 본 논문에서는 단일 청소로봇이 아닌 2대 이상의 다수의 청소로봇을 동시에 운용하여 청소 효율을 높일 수 있는 전략, 즉 다수 청소로봇 간의 최적화 된 청소 영역 분배 전략을 제안한다. 이를 위하여 청소에 필요한 공간적인 영역을 일정한 단위 공간으로 구분하고 각 단위 공간을 공간의 크기와 오염도로 특징짓는다.
- 본 논문에서는 기존 청소로봇의 시스템을 확장하여 단일 청소로봇이 아닌 다수의 청소로봇을 운용하는 시스템을 제안하였다. 특히, 공평성과 효용성을 보장하기 위하여 청소시 소모하는 소비전력량을 효용의 관점에서 바라보고 그에 따른 효용 함수를 제안하였다. 이러한 효용 함수를 기반으로 여러 청소로봇 사이의 협업을 위한 방안으로 협력 게임 이론의 NBS를 사용하여 청소공간을 효율적으로 분배하게 하였으며 시뮬레이션 결과를 통하여 다중 청소로봇의 협업이 소비 전력 측면에서 기존의 방법보다 효율적이며, 전체 운용시스템의 효율을 증대시킨다는 것을 확인할 수 있었다.
가설 설정
- 대표 청소로봇 R은 NBS를 계산하고 이를 바탕으로 각 청소로봇들에게 공평하고 최적화된 청소 분배 영역을 알려주어 이를 바탕으로 각 청소로봇은 효율적으로 청소를 할 수 있다. 본 논문에서는 데이터를 전송하는데 사용되는 전력 소모량은 무시할 수 있을 만큼 작다고 가정하였다. 그림 2은 본 논문에서 제안하는 청소구역 분배 알고리즘을 나타내는 도식이다.
- 본 논문에서는 청소를 위한 공간은 각 단위 공간 Sij(1≤i≤ M, 1≤j≤ N, 단, i, j, M, N은 모두 정수)으로 나누어져 있으며 각 공간에 대하여 공간 크기 Cij와 오염 정도 Dij가 정의되어 있다고 가정 한다 (그림 3 참고).
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