Em sistemas de controle de tráfego veicular urbano existem diversas abordagens que lidam com o problema da redução do congestionamento de tráfego. Uma classe destas abordagens aplica a sincronização de semáforos a m de permitir que os veículos que viajam em um sentido possam passar diversos cruzamentos sem paradas. Este trabalho apresenta dois métodos de coordenação de agentes aplicados à sincroniza ção de semáforos. O primeiro método inspira-se em mecanismos de coordenação observados em insetos sociais e o segundo modela o problema de coordenação de semá- foros como um problema de otimização de restrições distribuído e faz sua resolução em tempo real utilizando mediação cooperativa. Inicialmente são apresentados conceitos básicos de sistemas de tráfego urbano, Swarm Intelligence e problemas de otimização de restrições. A partir dos conceitos iniciais, são apresentados os modelos propostos. Os resultados mostram que as abordagens propostas geram a coordenação entre os sem áforos sendo que o modo que os agentes estão coordenados pode mudar para se adaptar às mudanças nas condições do ambiente, gerando melhores condições de uxo de tráfego.

Este trabalho propôe a melhoria Walker para o modelo de Schadschneider e colaboradores, esta é uma melhoria que transforma o modelo de Schadschneider em um modelo baseado em sistema multiagentes. Diferentemente dos autômatos celulares e modelos contínuos, Walker apresenta pedestres com diferentes características: sexo, velocidade, conhecimento do ambiente, comportamento de grupo. Além disto, é realizada também a implementação de um protótipo de Walker. Modelos de simulação da dinâmica de pedestres têm chamado a atenção por diversas razões. Primeiro, os pesquisadores descobriram que modelar fluxo de pedestres é desafiante e complexo. Por exemplo, os corredores de pedestres podem ter diversas entradas, não são regulados ordenadamente como rodovias e são normalmente bi-direcionais. Segundo, modelos de pedestres podem ser ferramentas importantes para o desenvolvimento e planejamento de áreas para pedestres, tais como metrôs, estações de trens, edifícios e shopping centers. Portanto, simulações computadorizadas de dinâmica de pedestres permitem a observação de uma ampla gama de características do fluxo de pessoas e um maior entendimento de seus princípios básicos. O conhecimento do comportamento de pedestres é valioso por prover informações de como formular melhores saídas, geometrias de salas e estádios. Com o objetivo de definir as características importantes para esta melhoria, um estudo do estado da arte da Dinâmica de Pedestres foi realizado e aspectos importantes dos modelos estudados foram utilizados na criação da melhoria. Com o fim de validar a melhoria Walker e demonstrar suas capacidades 18 experimentos foram realizados. Os cenários abrangem desde a validação da melhoria Walker com experimentos realizados por outros autores, verificação do impacto da variação dos parâmetros nas simulações, simulação de diversos experimentos com tamanhos de portas e salas diferentes, até a simulação com dois grupos diferentes de pedestres. Através dos experimentos realizados mostrou-se as qualidades da melhoria proposta, assim como sua capacidade de realizar diversas simulações. / This work presents a improvement (Walker improvement) over the model from Schadschneider and cooworkers. This improvement transforms the Schadschneider’s model in a multiagent system based model. Differently from the cellular automata and continuous models, Walker represents many pedestrian’s characteristics: gender, speed, environment knowledge, herding behavior. We also implement a prototype for the Walker improvement. Pedestrian dynamics models are important for many reasons. First, researches discovered that modelling and simulating pedestrian flux is complex. Second, pedestrian dynamic models are important tools for the development and planning of pedestrian areas, such as: subways stations, train stations, buildings and shopping centers. Therefore, computer simulation of pedestrian dynamics are capable of showing a high number of characteristics that exist in real traffic and contribute for a better understanding of basic pedestrian traffic principles. The knowledge of pedestrian behavior is important to provide information about better exit paths, room and stadium geometries. We made a study of the state of the art in pedestrian dynamics to define important features for this improvement. And many important aspects of the studied models were utilized in the Walker improvement. We also have made 18 experiments to validate and show the Walker’s capabilities. The experiments are: experiments created by others authors, verification of parameters influence in the simulation, simulation of many scenarios with different doors and room sizes, simulation of two different groups of pedestrians. The Walker’s qualities are shown in the experiments, as well its ability to simulate many situations.

Orientador: Ivan Rizzo Guilherme / Coorientador: Fabricio Aparecido Breve / Banca: Mário Luiz Tronco / Banca: Wagner Tanaka Botelho / Resumo: Os avanços tecnológicos ocorridos nos últimos anos, principalmente em relação aos softwares e hardwares têm contribuído para o aumento da utilização de sensores e controladores pelas indústrias. Nesses ambientes, o grande desafio é o desenvolvimento de sistemas computacionais cada vez mais complexos para a integração dos componentes heterogêneos, o gerenciamento e a análise da grande quantidade de dados gerados, com a finalidade de automatizar as atividades dos operadores na supervisão e no controle dos processos envolvidos. Nesse contexto, a abordagem de sistemas multiagentes oferece um caminho promissor e inovador para entender, desenvolver, gerenciar e manter sistemas complexos. Assim, o objetivo desse trabalho consiste em especificar uma arquitetura utilizando a abordagem de sistemas multiagentes, de forma que essa arquitetura possa ser utilizada como um modelo de referência para o desenvolvimento de sistemas computacionais voltados para a supervisão e controle de processos. A arquitetura foi especificada a partir dos aspectos e requisitos analisados em um conjunto de trabalhos correlatos que utilizam a abordagem de sistema multiagente em aplicações no domínio de supervisão e controle. Utilizando a arquitetura proposta foi desenvolvido o protótipo de um sistema para supervisionar as operações de perfuração de poços de petróleo. No desenvolvimento do protótipo foi definida uma ontologia para descrever o conhecimento do domínio de perfuração de poços de petróleo, representando as operações, as anormalidades e os agentes. O protótipo foi testado utilizando um conjunto de dados reais, onde foi possível validar alguns dos aspectos da arquitetura proposta / Abstract: The technological advances occurred in last years have contributed to increase the use of sensors and controllers in industries. In these environments, the major challenge is the development of complex computer systems to integrate heterogeneous components, to manage and analyze the large amount of produced data, in order to automate the operators' activities to supervise and control involved processes. In this context, multi-agent approach offers a promising and innovative way to understand, develop, manage and maintain complex systems. The objective of this work is to specify a reference architecture using the multi-agent approach. The architecture was proposed to be used as a reference model for the development of computational systems for processes monitoring and control. The architecture has been specified through an analysis of the aspects and requirements found in a set of related works that use the multi-agent approach in the development of applications in the field of supervision and control. Based on the proposed architecture was developed a system prototype to supervise oil well drilling operations. In this prototype, an ontology was defined to describe knowledge of oil well drilling domain, in order to represent operations, abnormalities and agents. This prototype was tested using a real data set, with the tests was possible to validate some aspects of the proposed architecture / Mestre

Orientador: Ivan Rizzo Guilherme / Banca: Hilda Carvalho de Oliveira / Banca: Seiji Isotani / Resumo: A utilização da Web como plataforma para a educação a distância (e-learning) tem sido uma das grandes alternativas para a educação em sala de aula tradicional. Embora esses sistemas sejam amplamente utilizados, existem limitações quanto à dificuldade de busca, integração e reuso dos objetos de aprendizagem (OAs). A incorporação das tecnologias da Web Semântica, ontologias e agentes inteligentes nos sistemas educacionais baseados na Web, permitem aprimorar os processos de adaptação e de interoperabilidade dos ambientes educacionais, principalmente na recuperação e na recomendação de OAs. As ontologias são utilizadas para a integração e o compartilhamento de recursos, enquanto a tecnologia de agentes inteligentes é utilizada para o desenvolvimento de componentes autônomos, flexíveis e interativos, permitindo um melhor gerenciamento, controle e integração das atividades envolvidas. Assim, o objetivo deste trabalho foi propor uma arquitetura multiagente para servir como modelo de referência para o desenvolvimento de sistemas Web semânticos para a gestão de conteúdos educacionais. Um levantamento bibliográfico foi realizado para definir os principais requisitos desta arquitetura. Um conjunto de agentes foi identificado e especificado, utilizando uma metodologia de desenvolvimento de software orientada a agentes. Os agentes foram definidos para a automação das atividades relacionadas à gestão de conteúdos educacionais, tais como a autoria de metadados de OAs e de cursos, a busca e a anotação semântica de OAs. Um conjunto de ontologias foi especificado para a anotação semântica dos OAs e dos cursos, com o objetivo de descrever o conhecimento da aplicação e integrar OAs descritos por padrões de metadados heterogêneos, recuperados de diferentes repositórios. O conhecimento mantido nessas ontologias auxilia os professores nas atividades de autoria de metadados de OAs... / Abstract: The use of the Web as a platform for distance education (e-learning), has been one of the great alternatives for education in traditional classrooms. Although these systems are widely used, there are limitations related to the difficulty of search, integration and reuse of learning objects (LOs). The integration of Semantic Web, ontologies and intelligent agents technologies in Web-based educational systems, improve the adaptation and interoperability processes of educational environments, especially in the recovery and recommendation of LOs. Ontologies are used for the integration and sharing of resources, while the intelligent agent technology is used for the development of autonomous, flexible and interactive components, allowing better management, control and integration of the involved activities. The objective of this work was to propose a multi-agent architecture to serve as a reference model for the development of Semantic Web systems for management of educational content. A literature review was conducted to define the main requirements of this architecture. Using an agent-oriented software development methodology a set of agents was identified and specified. The agents were defined in order to automate the activities related to management of educational content such as the authoring of LOs metadata and courses, search and semantic annotation of LOs. A set of ontologies was specified for the semantic annotation of LOs and courses, in order to describe the application knowledge and to integrate LOs described by heterogeneous metadata standards, retrieved from different repositories. The knowledge held in these ontologies assists teachers in the activities of authoring of LOs metadata, construction and update their courses. Using the proposed architecture a prototype was developed to annotate and integrate LOs of Mathematics discipline for ninth year of elementary school. The LOs used for tests... / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Sistemas Multiagentes estão recebendo cada vez mais a atenção de pesquisadores e desenvolvedores de jogos virtuais. O uso de agentes permite controlar o desempenho do usuário, adaptando a interface e alterando automaticamente o nível de dificuldade das tarefas. Este trabalho descreve uma estratégia de integração de sistemas multiagentes e ambientes virtuais tridimensionais e exemplifica a viabilidade dessa integração através do desenvolvimento de um jogo com características de Serious game. Este jogo visa estimular as funções cognitivas, tais como atenção e memória e é voltado para pessoas portadoras de diferentes distúrbios neuropsiquiátricos. A construção do jogo foi apoiada em um processo de desenvolvimento composto por várias etapas: estudos teóricos sobre as áreas envolvidas, estudo de tecnologias capazes de apoiar essa integração, levantamento de requisitos com especialistas, implementação e avaliação com especialistas. O produto final foi avaliado por especialistas da área médica, que consideraram os resultados como positivos. / Multi-agent systems are receiving increasing attention from researchers and developers of virtual games. The use of agents can control the performance of the user, adapting the interface and automatically changing the difficulty level of the task. This paper describes a strategy for integration of multi-agent systems and three-dimensional virtual environments and demonstrates the feasibility of this integration through the development of a game featuring the Serious game. This game aims to stimulate cognitive functions such as attention and memory and is designed for people with different neuropsychiatric disorders. The game construction was supported in a development process that consists of several stages: theoretical studies of the involved areas, the study of technologies that support this integration, requirements gathering with experts, implementation and evaluation specialists. The final product was evaluated by medical experts, who considered the results as positive.

A indústria carece de sistemas produtivos que atendam a diversidade de demanda do mercado, com eficiência e capacidade de adaptação rápida. As novas soluções para estas necessidades remetem ao uso de novas tecnologias de automação. Porém, a maioria dos sistemas integrados de manufatura implantados em indústria possui seu gerenciamento por controladores lógicos programáveis, assim como suas interligações elétricas e lógicas de controle. A tese proposta faz uso de Sistemas Multiagentes em controladores lógicos programáveis, para que estes possam controlar seus sistemas de manufatura, propiciando-lhes os requisitos de diversidade, agilidade e auto-organização no meio produtivo. A comprovação desta tese se dá pelo método desenvolvido para que tal implementação aconteça, bem como pela análise de abrangência deste método, a fim de verificar em quais cenários ele é eficaz. O método proposto analisa o controlador lógico programável e descreve uma rotina de ações a serem seguidas para que ele se insira em Sistemas Multiagentes, valendo-se das funcionalidades que um agente pode oferecer. Sua análise de aplicação ocorreu em três cenários distintos, onde a abordagem por sistemas auto-organizáveis apresentou melhores resultados para atingir os requisitos de diversidade, agilidade e auto-organização, a partir de sistemas multiagentes interagindo com os controladores lógicos programáveis e suas lógicas locais. / The industry needs production systems that attend the diversity of market demand, with efficiency and fast adaptability. The new solutions to these needs refer to the use of new automation technologies. However, most integrated manufacturing systems deployed in industry have its management by programmable logic controllers as well as their electrical interconnections and logics of control. The thesis proposal indicates the use of multi-agent systems on programmable logic controllers, so that they are able to control their manufacturing systems, addressing the requirements of diversity, self-organizing and agility to the productive environment. The proof of this thesis is given by the method developed for such implementation to happen, as well as analysis of the scope of this method in order to verify in what scenarios it is effective. The proposed method analyzes the programmable logic controller and describes a routine of actions to follow so that it may enter into a multi-agent system, using the features that an agent can offer. Its application analysis took place in three different scenarios where the approach by self-organizing systems showed better results for achieving the requirements of diversity, agility and self-organization from multi-agent systems interacting with programmable logic controllers and their local logic.

Veículos aéreos não-tripulados (VANTs) são relativamente recentes no meio acadêmico, onde muitas tecnologias e algoritmos vêm sendo pesquisados e desenvolvidos. A engenharia de software apliacada a este âmbito possui poucas abordagens em relação a sistemas autônomos e inteligentes, enquanto que sistemas multi-agentes e a programação orientada a agentes vêm sendo cada vez mais utilizadas. Este trabalho foca na aplicação do paradigma da programação orientada a agentes para o controle de VANTs, de modo a conceber um framework e utilizar arquitetura, teoria e ferramentas orientados a agentes como forma de prover uma abstração mais sofisticada para a programação de comportamentos inteligentes em VANTs. Na pesquisa, propõem-se o modelo UAVAS – Unmanned Aerial Vehicles AgentSpeak que é um framework de programação de comportamentos para VANTs que possui um modelo de abstração de veículos aéreos tripulados para veículos aéreos não-tripulados. Ao final, a pesquisa foi avaliada e validada por meio de resultados obtidos em simulações com a infraestrutura implementada. Dois estudos de caso foram realizados, um com ênfase nas comunicações inter-VANTs e cooperação de time, e outro com ênfase nas verificações dos mapeamentos de sinais com o envio de dados da infraestrutura. Para cada um dos casos, simuladores específicos foram criados no intuito de observar as características pertinentes de cada estudo de caso. / Unmanned aerial vehicles (UAVs) are relatively new in civilian context, where many technologies and algorithms have been the focus at much research and development. Software engineering applied to this field has few approaches in relation to autonomous systems and intelligent behavior development, while multi-agent system and agent-oriented programming are being increasingly used. This work focuses on applying the paradigm of agent-oriented programming for the control of UAVs, in order to design a framework and use architecture, theory and agent oriented tools as a way to provide a more sophisticated abstraction for programming intelligent behaviors in UAVs . The main contribution of this work is an architecture that allows the use of the Jason platform to program multiagent system which can control teams of autonomous unmanned aerial vehicles. In this research, we propose the UAVAS - Unmanned Aerial Vehicles AgentSpeak model, which is a framework to program intelligent behaviors to UAVs and owns an abstraction model of manned aircraft to unmanned aerial vehicles. At the end, the survey was evaluated and validated by means of results from simulations in the implemented infrastructure. Two case studies were performed, with emphasis on inter-UAV communication and cooperation of team, and the another one focusing on mapping verifications of data signals sent to the infrastructure. For each case, specific simulators have been created in order to observe the relevant characteristics of each case study.

Esta tese apresenta a formalização, construção e validação experimental de um mecanismo de interação entre agentes baseado em valores de troca. Através do mecanismo de interação, os agentes são capazes de estabelecer, avaliar e regular os balanços de troca de suas interações, com o objetivo de alcançar resultados que eles valorizem, i.e., considerem adequados. Na formalização do mecanismo de interação são considerados diversos aspectos abordados nas Ciências Sociais, na Psicologia e em Teorias Utilitaristas. No mecanismo são observados, igualmente, os aspectos sociais e psicológicos que podem influenciar os resultados das interações entre os agentes. Desse modo, o mecanismo leva em consideração que os agentes podem construir suas estratégias levando em consideração as informações relacionadas com o “poder social” e as “atitudes” de interação. No mecanismo de interação recorre-se aos diálogos de argumentação com a finalidade de permitir que os agentes possam influenciar os seus parceiros em relação ao estabelecimento de acordos sobre os serviços e aos valores de troca envolvidos nas interações. Na validação experimental, o cenário utilizado foi o dos “Robôs Coletores de Lixo em Marte”. Através dos resultados obtidos, pode-se observar que o mecanismo de interação considera os valores de troca no processo de formação da cooperação, auxiliando os agentes na escolha de futuros parceiros. / This thesis presents the formalization, construction and validation of an interaction mechanism based on exchange values. Through the interaction mechanism, the agents are capable to establish, to evaluate and to regulate the balances of exchange of their interactions, with the objective of reaching the results that they consider adequate. In the formalization of the mechanism several aspects of Social Sciences, Psychology and Utilitarian Theories are considered. In the mechanism are observed the social and psychological aspects that can influence the results of the interactions between the agents. In this manner, the mechanism considers that the agents can build their strategies considering the information related to the social power and to interaction attitudes. In the mechanism the argument dialogs are used with the purpose to allow the agents to influence their partners in relation to the establishment of agreements about the services and about the exchange values involved in the interactions. In the validation, the scenario used was the “Garbage Collector Robots in Mars”. Through the obtained results, it was possible to observe that the interaction mechanism considers the values of exchange in the process of formation of the cooperation, helping the agents to choose their future partners.

Este trabalho aborda os sistemas de montagem auto-organizados baseados em agentes para o ambiente industrial. Para isso, traz uma visão ampla dos paradigmas atuais para a manufatura que usam o conceito de agente e que promovem auto-organização, mas é focado no paradigma de sistemas de montagem e de produção evolutivos. Além da autoorganização, aspectos de auto-otimização nestes sistemas também são considerados. Portanto, este trabalho aborda os aspectos teóricos e práticos de sistemas evolutivos e, em particular, propõe uma plataforma multiagente que usa o conceito de agente mecatrônico para permitir o desenvolvimento de sistemas auto-organizados e que também possuam a capacidade de otimizar autonomamente algum recurso interno ao sistema. Um agente mecatrônico é uma entidade capaz de ação autônoma num sistema de manufatura, devido a uma decisão própria ou à solicitação de ação por outros agentes, e tal é conseguido através da definição e execução de funcionalidades pelos agentes mecatrônicos. A plataforma multiagente proposta foi implementada e validada no âmbito de um projeto da União Europeia o qual possui parceiros acadêmicos e industriais e visa a criação de sistemas evolutivos auto-organizados em um cenário industrial real. / This work deals with agent-based self-organized assembly systems for manufac– turing. Although the text aims to provide a comprehensive overview on current paradigms to manufactiuring systems development and execution that use the concept of agent and promote self-organization, the thesis main focus lies in evolvable production and assembly systems paradigms. Beyond self-organization, self-optimization aspects of evolvable systems are also considered. Therefore, this thesis discusses theoretical and practical aspects of evolvable systems and, in particular, develops a multi-agent platform that uses the mechatronic agent concept to enable the development of self-organized systems and has the capacity of autonomously to optimize some internal resource of the system. A mechatronic agent is an entity that is capable of autonomous action on a manufacturing system due to this own reasoning or by reacting to a requested action from other agents. The proposed platform was implemented and validated within the scope of a research project funded by the European Union that has both academic and industrial partners and it goals the building of self-organized evolvable assembly systems for a real industrial scenario.

Sistemas de transporte são sistemas complexos compostos de diferentes entidades que interagem entre si. A otimização do uso da infraestrutura de transporte existente, que é cada vez mais necessária dado o crescente aumento da demanda por mobilidade, passa pela simulação de novas tecnologias que podem vir a ser utilizadas no futuro, como a comunicação inter-veicular (IVC) e a tarifação viária adaptativa. Esta dissertação apresenta uma abordagem baseada em agentes para simulação de comunicação inter-veicular e tarifação viária adaptativa em sistemas de transporte. Motoristas são modelados como agentes minimizadores de custo, composto pelo tempo de viagem e pelas despesas com tarifas viárias. Os motoristas podem usar IVC para expandir seu conhecimento do estado da rede viária. Entre os motoristas que usam IVC, podem existir agentes maliciosos, que buscam afastar os demais de suas rotas, através da divulgação de informações falsas. Os agentes maliciosos podem ainda agir de maneira coordenada, de modo a divulgarem informações falsas sobre as rotas de todos os agentes do grupo. Pelo lado da infraestrutura, gerentes viários percebem o fluxo de veículos nas vias da rede viária e definem as tarifas a serem aplicadas através de um esquema de aprendizado por reforço. Nos experimentos realizados, empregamos um modelo microscópico de simulação de tráfego, o que permite observar o comportamento individual de cada entidade do sistema de transporte sob estudo. O cenário onde as simulações são executadas é uma rede viária com as principais vias arteriais da cidade de Porto Alegre, Brasil. Resultados experimentais indicam que um pequeno grupo coordenado de agentes maliciosos em cenários de IVC é capaz de causar prejuízos significativos aos demais motoristas. Embora na média o grupo não consiga reduzir seu tempo de viagem, alguns agentes maliciosos são beneficiados pela coordenação do grupo. Com relação à tarifação viária, os resultados experimentais indicam que o esquema de aprendizado por reforço não possui a mesma eficácia de um esquema de tarifação fixa quando se trata da maximização de fluxo de veículos na rede viária. Ambos os esquemas de tarifação são superados por um método de otimização de tráfego que assume conhecimento completo do estado da rede viária pelos motoristas. No aspecto individual, sob tarifação via aprendizado por reforço, os custos de deslocamento dos motoristas são superiores em comparação aos custos sob tarifação fixa. O modelo baseado em agentes apresentado nesta dissertação representa uma contribuição em direção à proposição de uma metodologia para integrar modelos comportamentais de usuários de sistemas de transporte que reagem aos padrões de tráfego e medidas de controle desses padrões, com foco em métodos descentralizados e distribuídos. / Transportation systems are complex systems composed of different interacting entities. The optimization of the existing transportation infrastructure usage, which becomes increasingly necessary given the increasing demand for mobility, requires simulation of new technologies that might be used in the future, such as inter-vehicular communication (IVC) and adaptive road pricing. This dissertation presents an agent-based approach for simulation of inter-vehicular communication and adaptive road pricing in transportation systems. Drivers are modeled as cost-minimizer agents, where the cost is composed by travel time and expenditure. Drivers can use IVC to expand their knowledge of the road network state. Among the IVC users, there might be malicious agents, which try to divert other drivers from their routes by spreading false information. The malicious agents can act in a coordinated way, by spreading false information about the routes of all the agents in the group. In the infrastructure side, link managers perceive the vehicular flow in the roads and define the prices to be applied by means of a reinforcement learning scheme. In the experiments, we employ a microscopic traffic simulation model, which allows us to observe the individual behavior of each entity in the studied transportation system. The scenario where the simulations are run is a road network with the main arterial roads of the city of Porto Alegre, Brazil. Experimental results indicate that a small group of coordinated malicious agents in IVC scenarios is able to cause significant losses to the other drivers. Although in average the group does not succeed in reducing their travel times, some agents are benefited by the coordination of the group. Regarding road pricing, experimental results indicate that the reinforcement learning scheme does not achieve the same effectiveness of a fixed pricing approach regarding the maximization of vehicular flow in the road network. Both pricing schemes are outperformed by an optimization method that assumes full knowledge of the road network state by the drivers. In the individual aspect, under pricing via reinforcement learning, drivers’ costs are higher compared to their costs under fixed pricing. The agent-based model presented in this dissertation is a contribution towards a methodology to integrate behavioral models of human travelers reacting to traffic patterns and control measures of these traffic patterns, focusing on distributed and decentralized methods.