enta¸c˜ao de Rotas
Para tratar o problema relacionado `a orienta¸c˜ao de rotas, utilizando uma metodo- logia de sistemas multiagentes baseada em aloca¸c˜ao de recursos ´e necess´ario o uso de uma abstra¸c˜ao adequada para o tratamento deste problema. Neste sentido, ´e poss´ıvel tratar o problema de orienta¸c˜ao de rotas como um problema de Sistemas Flex´ıveis de Manufatura ou Flexible Manufacturing Systems (FMS).
Segundo BROWNE et al. [61], Sistemas Flex´ıveis de Manufatura podem ser divididos em duas categorias: flexibilidade de m´aquina e flexibilidade de roteamento. A primeira categoria consiste na capacidade que o sistema tem de mudar, de modo que novos tipos de produtos sejam produzidos, bem como na capacidade de alterar a ordem das opera¸c˜oes em uma parte deste sistema. A segunda categoria consiste na capacidade que sistema tem de usar v´arias m´aquinas para executar as mesmas opera¸c˜oes em uma parte deste sistema, bem como a capacidade de absorver grandes mudan¸cas em termos de volume, capacidade e capabilidade de processo. Dentro desta classifica¸c˜ao, o problema de orienta¸c˜ao de rotas pode ser tratado como um problema de Sistemas Flex´ıveis de Manufatura com flexibilidade de roteamento.
Em Sistemas Flex´ıveis de Manufatura, existem diferentes processos com uma variedade de produtos que podem ou n˜ao seguir a mesma rota. Quando todos os grupos de produtos percorrem uma mesma rota para chegar `as esta¸c˜oes de trabalho, o Sistema Flex´ıvel de Manufatura ´e chamado de sistema de produ¸c˜ao cont´ınua ou Flow-Shop. Diferente disto, quando cada tipo de produto tem sua pr´opria rota, o Sistema Flex´ıvel de Manufatura ´e chamado de sistema de produ¸c˜ao descont´ınua ou Job-Shop.
Dentro da perspectiva de um Job-Shop, os destinos das viagens de cada motorista podem ser abstra´ıdos na forma de diferentes produtos que precisam ser encaminha- dos para as diversas esta¸c˜oes de trabalho do sistema de produ¸c˜ao, utilizando rotas individuais, at´e que o processo de produ¸c˜ao termine, ou seja, at´e que o motorista chegue ao destino de sua viagem sobre as vias de uma rede vi´aria. Sendo assim, as viagens realizadas pelos motoristas podem ser abstra´ıdas na forma de processos de
produ¸c˜ao, que s˜ao compostos por diversas esta¸c˜oes de trabalho, de acordo com a rota a ser percorrida durante o processo de produ¸c˜ao de um produto. Para que a vi- agem possa ser realizada, torna-se necess´ario o planejamento e ou o replanejamento de rotas.
O planejamento e ou o replanejamento de rotas pode ser abstra´ıdo na forma de um escalonamento de opera¸c˜oes de um produto em um Job-Shop. Sendo assim, uma rota ´e abstra´ıda na forma de um conjunto de opera¸c˜oes a serem executadas em diversas esta¸c˜oes de trabalhos do sistema. Com isto, cada opera¸c˜ao representa um espa¸co de uso nas vias que conectam as interse¸c˜oes em uma rede vi´aria. As diversas esta¸c˜oes de trabalho do Sistema Flex´ıvel de Manufatura representam as interse¸c˜oes das vias de uma rede vi´aria. Em uma rede vi´aria, as interse¸c˜oes s˜ao conectadas umas `
as outras por meio vias que ao mesmo tempo s˜ao vias de sa´ıda de uma interse¸c˜ao e vias de entrada em uma outra interse¸c˜ao imediatamente a frente daquela cuja mesma via ´e uma via de sa´ıda. Transpondo isto para um modelo de Job-Shop, as vias podem ser abstra´ıdas na forma de filas, onde componentes de movimenta¸c˜ao s˜ao organizados, de modo que estes se movam de esta¸c˜ao de trabalho `a esta¸c˜ao de trabalho, de acordo com o planejamento de rotas de cada produto.
Por fim, os componentes de movimenta¸c˜ao abstraem os ve´ıculos que trafegam ao longo das vias de uma rede vi´aria, sendo esta abstra´ıda na forma de uma rede job-shop composta por filas. Uma vez que o problema de orienta¸c˜ao de rotas pode ser abstra´ıdo na forma de um problema de escalonamento de opera¸c˜oes em um Job- Shop, ´e poss´ıvel definir as estrat´egias e mecanismos a serem adotadas na constru¸c˜ao de uma poss´ıvel solu¸c˜ao para o problema de planejamento e orienta¸c˜ao de rotas. Sendo assim, este trabalho prop˜oe o uso de um algoritmo de escalonamento baseado em regras de despacho com as heur´ısticas de menor data de entrega (Earliest Due Date - EDD) e menor tempo de processamento (Shortest Processing Time - SPT). A constru¸c˜ao deste algoritmo depende fortemente das agendas de intervalos de in- dica¸c˜oes de luzes verdes, que devem ser geradas com base nos estados de controle das interse¸c˜oes de uma rede vi´aria controlada pelo sistema de controle de tr´afego.
Conforme descrito at´e aqui, as sinaliza¸c˜oes semaf´oricas s˜ao controladas por meio da execu¸c˜ao de um algoritmo de escalonamento distribu´ıdo chamado SMER cujo funcionamento se baseia em um multigrafo. Para o correto funcionamento deste algoritmo, ´e necess´ario que cada sinaliza¸c˜ao semaf´orica mantenha uma c´opia do multigrafo. Uma vez que tal grafo representa uma m´aquina de estados finitos, as sinaliza¸c˜oes semaf´oricas tiram proveito desta abstra¸c˜ao e, por isto, s˜ao capazes de utiliz´a-la para gerar localmente as agendas de intervalos de indica¸c˜oes de luzes verdes e das demais sinaliza¸c˜oes semaf´oricas participantes da mesma interse¸c˜ao. Ao receberem os dados de controle de uma interse¸c˜ao, os agentes respons´aveis pelo controle de uma interse¸c˜ao, agentes Sinaliza¸c˜ao e agentes Ve´ıculo, devem ser capazes
organiz´a-las, de modo que estas sejam utilizadas por um algoritmo local de gera¸c˜ao de agendas de intervalos de indica¸c˜oes de luzes verdes. Desta forma, cada agente Sinaliza¸c˜ao Semaf´orica gera uma c´opia das agendas de intervalos de indica¸c˜oes de luzes verdes, utilizando dados de controle de interse¸c˜oes, ainda que tais dados mudem em fun¸c˜ao das flutua¸c˜oes dos fluxos de tr´afego. Neste caso, em espec´ıfico, os novos dados de controle das interse¸c˜oes precisam ser compartilhados com as demais agentes respons´aveis pelo controle de interse¸c˜oes, de modo que eles possam excluir as agendas e, em seguida, gerar novas agendas de intervalos de indica¸c˜oes de luzes verdes.
Com tudo isso, deve ser poss´ıvel construir um algoritmo de escalonamento livre de deadlock e starvation baseado em regras de despacho com as heur´ısticas de menor data de entrega (Earliest Due Date - EDD) e menor tempo de processamento (Shor- test Processing Time - SPT), uma vez que as agendas de intervalos de indica¸c˜oes de luzes verdes s˜ao geradas com base nas simula¸c˜oes de execu¸c˜oes do algoritmo de escalonamento SMER. Vale ressaltar que, uma das caracter´ısticas do SMER ´e a ga- rantia de acesso `as interse¸c˜oes por parte dos fluxos de tr´afego das vias de entrada de maneira mutuamente exclusiva, ou seja, dois fluxos de tr´afego de vias de entrada de uma interse¸c˜ao, que sejam pertencentes a grupos de movimentos conflitantes, n˜ao podem ter acesso simultˆaneo `a uma interse¸c˜ao. Esse algoritmo de escalonamento deve ser divido em quatro etapas: c´alculo de uma rota ´otima; desaloca¸c˜ao de espa¸cos nas vias e aloca¸c˜ao de espa¸cos nas vias em fun¸c˜ao na nova rota ´otima; atualiza¸c˜ao das aloca¸c˜oes dos espa¸cos nas vias nos demais agentes respons´aveis pelos controles de interse¸c˜oes; entrega da rota ´otima calculada para o requerente do c´alculo.
A primeira etapa deve executar, quando os agentes respons´aveis pelos contro- les de interse¸c˜oes recebem uma requisi¸c˜ao para o c´alculo de rota ´otima por meio dos agentes Ve´ıculo. Neste instante, os agentes respons´aveis pelos controles de interse¸c˜oes devem executar um algoritmo capaz de calcular uma rota ´otima para o ve´ıculo conectado requisitante at´e um determinado destino, levando em consi- dera¸c˜ao as disponibilidades de acesso `as interse¸c˜oes ao longo do tempo, limites de velocidade das vias de entrada destas interse¸c˜oes e os espa¸cos f´ısicos dispon´ıveis nestas vias. Logo, o algoritmo deve iniciar com uma rota vazia, uma via de partida e um conjunto de vias de entrada das interse¸c˜oes vizinhas `a interse¸c˜ao em que a sinaliza¸c˜ao semaf´orica est´a instalada. Em seguida, o algoritmo deve realizar a es- colha de uma via que possa fornecer o menor tempo para que o ve´ıculo conectado alcance a pr´oxima interse¸c˜ao. O algoritmo utiliza uma heur´ıstica de menor data de entrega (EDD), a fim de escolher as vias com menor tempo de espera por uma luz verde das sinaliza¸c˜oes semaf´oricas que as controlam. Este tempo de espera equi- vale ao tempo de inicializa¸c˜ao e ´e calculado com base nas entradas das agendas de intervalos de indica¸c˜oes de luzes verdes, que s˜ao mantidas pelos respons´aveis pelos controles das interse¸c˜oes. Por fim, o algoritmo seleciona a via em que o ve´ıculo co-
nectado gastar´a o menor tempo para alcan¸car a pr´oxima interse¸c˜ao (SPT), levando em considera¸c˜ao o tempo acumulado das vias escolhidas anteriormente, o tempo de espera pela pr´oxima luz verde, a disponibilidade de espa¸cos de uso, o atraso causado pelos ve´ıculos conectados que possuem espa¸cos alocados na via e o limite de velo- cidade da via. O menor tempo para um ve´ıculo conectado alcan¸car uma interse¸c˜ao equivale ao menor tempo de processamento de uma opera¸c˜ao. Ap´os o processo de escolha da melhor via, o algoritmo deve atualizar a rota parcial, adicionando a via escolhida e, em seguida, ele atualiza o custo parcial da rota e toma a via escolhida como ponto de partida. O algoritmo ´e encerrado, quando uma rota parcial ´otima ´e calculada at´e o destino pretendido pelo motorista.
Ap´os isto, o algoritmo finaliza a primeira etapa e, em seguida, inicia a segunda etapa. Nesta etapa, se existirem aloca¸c˜oes de espa¸cos nas vias, que sejam relativas ao requerente do c´alculo de rotas ´otimas, elas s˜ao removidas. Ap´os isto, novas aloca¸c˜oes de espa¸cos nas vias s˜ao realizadas, utilizando a rota ´otima calculada. Ap´os esta atualiza¸c˜ao local acerca das aloca¸c˜oes de espa¸cos nas vias, a segunda etapa ´e finalizada e, ap´os isto, a terceira etapa ´e iniciada. Esta etapa consiste na atualiza¸c˜ao das aloca¸c˜oes de espa¸cos nas vias em outros agentes respons´aveis pelos controles de interse¸c˜oes. Paralelo a isto, ´e realizado o envio da nova rota ´otima ao requerente do c´alculo de rota ´otima.
Com base na modelagem do problema de planejamento e orienta¸c˜ao de rotas na forma de um problema de escalonamento em Sistemas Flex´ıveis de Manufa- tura do tipo Job-Shop e no algoritmo de escalonamento proposto neste par´agrafo, apresentou-se uma solu¸c˜ao para o problema de planejamento orienta¸c˜ao de rotas descrito acima.