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群制御arXiv:2510.09469

情報最適化マルチエージェント経路探索:エージェント間情報共有を削減したハイブリッドフレームワーク

Towards Information-Optimized Multi-Agent Path Finding: A Hybrid Framework with Reduced Inter-Agent Information Sharing

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マルチエージェント経路探索において、強化学習による分散計画と軽量な集中コーディネータを組み合わせ、エージェント間の情報共有を最小限に抑えつつ競合解決を図るハイブリッド手法を提案した。

詳しい要約

1. どんなもの?

- 本研究は、Multi-agent pathfinding (MAPF) を「エージェント間の情報共有を最小化しつつ解の実現可能性を保つ」問題として定式化し直すもの。 - 分散型の経路計画と軽量な centralized coordinator を組み合わせたハイブリッドフレームワーク IO-MAPF を提案。 - 情報使用量を定量化する Information Units (IU) 指標を導入し、情報制約下での MAPF 性能を評価する枠組みを与える。

2. 先行研究と比べてどこがすごい?

- 従来の centralized アルゴリズムは global information により高品質解を得るが、大規模化で conflict の組合せ爆発によりスケールしにくい。 - 分散型・特に learning-based 手法は局所情報でスケール性が高いが、解品質が犠牲になりやすい。 - 本研究は情報を制約資源と捉え、state-of-the-art 比で情報共有を 2x〜23x 削減しつつ高い成功率を維持できる点を示す。

3. 技術・手法の肝は?

- 各 agent は reinforcement learning (RL) により独立に経路計画を行う分散型 planner を採用。 - 軽量な centralized coordinator が、static conflict-cell indicators や短い conflict trajectories といった最小限・標的型の信号を動的に共有し、conflict resolution を支援。 - 情報共有を alert-driven に設計し、Information Units (IU) で情報使用量を計量する情報中心の定式化を核とする。

4. どうやって有効だと検証した?

- simulation 実験および hardware 実験の両方で有効性を検証。 - Information Units (IU) 指標により情報使用量を定量化し、state-of-the-art アルゴリズム比で 2x〜23x の情報共有削減を示す。 - 情報共有を強く制限した条件下でも高い成功率を維持することを確認。

5. 議論はある?

- 情報は制約資源であり、全 agent の state や goal の broadcast は privacy 懸念、帯域圧迫、追加の sensing/communication hardware によるコスト・エネルギー増を招くという現実的課題を指摘。 - 情報制限・privacy-preserving 条件下でも信頼性の高い MAPF が達成可能であると主張。 - 具体的な限界や失敗ケース、スケーラビリティの詳細は要旨からは不明。

6. 次に読むべき論文は?

- 要旨で直接参照・比較されている個別研究名は不明。 - 関連手法として、centralized MAPF algorithms、distributed/learning-based MAPF(reinforcement learning ベースの分散計画)、conflict-based search 系の古典的 MAPF 手法、communication-efficient multi-agent reinforcement learning を次に読む候補として挙げる。

※ AIが要旨から生成した要約です。正確性は原文をご確認ください。

著者: Bharath Muppasani, Ritirupa Dey, Biplav Srivastava, Vignesh Narayanan

分類: cs.MA, cs.AI, cs.RO

原文アブストラクト

Multi-agent pathfinding (MAPF) remains a critical problem in robotics and autonomous systems, where agents must navigate shared spaces efficiently while avoiding conflicts. Traditional centralized algorithms with global information provide high-quality solutions but scale poorly in large-scale scenarios due to the combinatorial explosion of conflicts. Conversely, distributed approaches that have local information, particularly learning-based methods, offer better scalability by operating with relaxed information availability, yet often at the cost of solution quality. In realistic deployments, information is a constrained resource: broadcasting full agent states and goals can raise privacy concerns, strain limited bandwidth, and require extra sensing and communication hardware, increasing cost and energy use. We focus on the core question of how MAPF can be solved with minimal inter-agent information sharing while preserving solution feasibility. To this end, we present an information-centric formulation of the MAPF problem and introduce a hybrid framework, IO-MAPF, that integrates decentralized path planning with a lightweight centralized coordinator. In this framework, agents use reinforcement learning (RL) to plan independently, while the central coordinator provides minimal, targeted signals, such as static conflict-cell indicators or short conflict trajectories, that are dynamically shared to support efficient conflict resolution. We introduce an Information Units (IU) metric to quantify information use and show that our alert-driven design achieves 2x to 23x reduction in information sharing, compared to the state-of-the-art algorithms, while maintaining high success rates, demonstrating that reliable MAPF is achievable under strongly information-restricted, privacy-preserving conditions. We demonstrate the effectiveness of our algorithm using simulation and hardware experiments.

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