Mestrando Gabriel G. DetoniOrientador Prof. Dante Barone

Controle para Futebol de Robôs Utilizando Processamento ParaleloSeminário de Andamento

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Agenda

• Visão Geral• Motivação• Trabalho Desenvolvido• Trabalhos Relacionados• Situação e Resultados• Cronograma

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Agenda

• Visão Geral• Motivação• Trabalho Desenvolvido• Trabalhos Relacionados• Situação e Resultados• Cronograma

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Contexto

• Robocup– Small Size League (SSL)

• Processamento paralelo– Tipos de paralelismo de tarefas: temporal e

espacial– Modelos de programação: troca de mensagens e

variáveis compartilhadas

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Agenda

• Visão Geral• Motivação• Trabalho Desenvolvido• Trabalhos Relacionados• Situação e Resultados• Cronograma

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Motivação

• Importância do processamento paralelo na atualidade.

• Evoluções no futebol de robôs.• Complexidade da modelagem de sistemas

orientados ao processamento paralelo.

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Agenda

• Visão Geral• Motivação• Trabalho Desenvolvido• Situação e Resultados• Cronograma

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Trabalho Desenvolvido

• Utilizar processamento paralelo como uma forma para habilitar melhorias de desempenho

• Estabelecer um modelo de programação eficiente e com suporte a diferentes escalas

• Desenvolver um sistema de controle eficaz– Validar a hipótese e trazê-la ao mundo de futebol

de robôs

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Programação voltada ao paralelismo

• Problemas de software paralelos– Comunicação entre threads (sincronização)• Troca de mensagens• Variáveis compartilhadas

– Gargalos de pipeline• Evitado balanceando-se o processamento de cada

tarefa– Escalabilidade

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Modelagem do Sistema de Controle

• Como obter paralelismo evitando ao máximo os problemas da execução assíncrona?– Dividindo o sistema em tarefas independentes– Quando há dependência, balanceando-se as

tarefas para evitar gargalos– Utilizando um mecanismo de comunicação

eficiente– Utilizando um modelo de programação escalável

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Modelagem do Sistema de Controle

• Divisão de tarefas inspirada em campeões da Robocup 1

1 KRIENGWATTANAKUL, A. Plasma-z 2008 Team Description Paper. Robocup, 2008.

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Modelagem do Sistema de Controle

• Favorável ao Paralelismo Temporal (pipeline)– Divisão em níveis balanceados, dependentes uns

dos outros

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Modelagem do Sistema de Controle

• Favorável ao Paralelismo Temporal (pipeline)– Divisão em níveis balanceados, dependentes uns

dos outros

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Modelagem do Sistema de Controle

• Paralelismo Espacial– Divisão de cada nível em tarefas paralelizáveis com

pouca interdependência• Jogadas executadas por grupos de jogadores distintos• Movimentos executados por jogadores individualmente• Monitoramento do estado do jogo

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Modelo EC

• Extensão do modelo de programação baseado em troca de mensagens ou coordenação

• Inspirado em modelos biológicos– Processamento paralelo distribuído2

– Redes neurais• Entidades Conexionistas (EC)• Mensagens são também chamadas estímulos.

2 MCCLELLAND, J. L.; RUMELHART, D. E.; HINTON, G. E. The Parallel Distributed Processing Perspective

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Modelo EC

• Diagrama de duas entidade e suas conexões

W corresponde à influencia que uma conexão possui no estado de ativação da entidade.

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Modelo EC: características da comunicação

• Blocking Receive– Executa apenas se houver dados para processar.

• Non-blocking Send– Envia dados produzidos e continua o processamento das

entradas.• Garantia de ordem• Quanto a fairness

– Todas as mensagens enviadas podem ser recebidas porém para garantir balanceamento da execução das tarefas, o buffer de entrada é limitado, de forma que mensagens antigas podem ser descartadas para dar lugar às novas.

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Modelo EC: rotina de comunicação

• Modelo de dados utiliza tipos complexos.

• Mensagens são enviadas para todos os receptores vinculados ao transmissor.

• Cada receptor opta por aceitar ou rejeitar uma mensagem com base em seu tipo (W).

Mensagem

Object<Stimulus>: Dados

String: Tipo

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Sistema de controle EC

• Algoritmos de execução:

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Sistema de controle EC

• Topologia de uma Jogada:

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Plano de Testes

• Speedup e Eficiência do modelo EC– Execução em computadores com múltiplas CPUs

variando a afinidade do processo.– Teste em uma maquina com SMT (Hyper-

threading)• Testes funcionais do sistema de controle

baseado em EC– Validar autonomia do sistema e a eficácia da

execução das jogadas desenvolvidas

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Agenda

• Visão Geral• Motivação• Trabalho Desenvolvido• Trabalhos Relacionados• Situação e Resultados• Cronograma

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Trabalhos Relacionados

• KITANO, H.; HENDLER, J. (Eds.). Massivelly Parallel Artificial Intelligence. [S.l.]: AAAI Press, 1994.– Conecta o desempenho das maquinas paralelas

disponíveis atualmente e as oportunidades disto para a Inteligência Artificial concluindo que o desempenho só é obtido se o sistema for pensado desde seu projeto para ser executado de forma paralela.

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Trabalhos Relacionados

• GUNDOJU, V.; MINOURA, T. Distributed Observable/Observer: A Distributed Real-Time Object-Communication Mechanism. The First IEEE International Symposium on Object-Oriented Real-Time Distributed Computing. 1998. p. 358.– Propõe um framework com características em

comum com as propostas no modelo EC.

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Trabalhos Relacionados

• MCCLELLAND, J. L.; RUMELHART, D. E.; HINTON, G. E. The Parallel Distributed Processing Perspective. 1983.– Apresenta um modelo lógico generalizado de um

sistema inteligente com várias semelhanças com a estrutura que foi desenvolvida para o sistema de controle de futebol de robôs em questão.

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Trabalhos Relacionados

• KIELMANN, THILO. Objective Linda: A Coordination Model for Object-Oriented Parallel Programming. 1997– Propõe a implementação do modelo LINDA

orientado a objetos sendo. Um framework que utiliza um mecanismo implícito de troca de mensagens.

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Agenda

• Visão Geral• Motivação• Trabalho Desenvolvido• Trabalhos Relacionados• Situação e Resultados• Cronograma

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Situação e Resultados

• Testes em uma aplicação simplificada

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Resultados

• Tempo de execução

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Resultados

• Speedup e eficiência

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Trabalhos Futuros

• Utilização do modelo EC com topologia dinâmica e adaptativa.– Aprendizado– Técnicas de redes neurais artificiais

• Aplicação do sistema de controle ao time de robôs da UFRGS.

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Agenda

• Visão Geral• Motivação• Trabalho Desenvolvido• Situação e Resultados• Cronograma

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Cronograma  2009 2010Ação 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6

Revisão bibliográfica sobre o estado da arte em futebol de robôs.                                

Revisão bibliográfica sobre o padrões técnicos recomendados para processamento paralelo de informações.                                Desenvolvimento de um simulador de futebol de robôs.                                

Planejamento de uma arquitetura e sua subseqüente aplicação no desenvolvimento de um time de futebol de robôs.                                

Coleta de resultados                                

Reuniões Periódicas com o Prof. Orientador                                

Seminário de Andamento                                

Redação e revisão da dissertação                                

Entregar a dissertação                                

Defender a dissertação                                

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  2009 2010Ação 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3 4 5 6

Revisão bibliográfica sobre o estado da arte em futebol de robôs.                                

Revisão bibliográfica sobre o padrões técnicos recomendados para processamento paralelo de informações.                                Desenvolvimento de um simulador de futebol de robôs.                                

Planejamento de uma arquitetura e sua subseqüente aplicação no desenvolvimento de um time de futebol de robôs.                                

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Cronograma

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Perguntas e Respostas