S09
多机器人调度系统
高中 · 10–12 年级 · 10 课时 × 40–45 分钟
核心问题：多台机器人共享空间与任务时，如何保证效率与不发生死锁？
项目目标
- 能建立多机任务分配模型并实现拍卖算法
- 能检测与消解路径冲突、死锁
- 能部署局域网多机系统并做效率基准
领域落点
AI：多智能体决策与协同
硬件：2-4 台机器人、路由器、调度服务器
算法：拍卖/合同网、冲突搜索、分布式一致性
10 课时大纲
2 + 6 + 2| 课次 | 课题 / 驱动问题 | 关键知识点 | 学生任务 | 产出 |
|---|---|---|---|---|
| L01 | 多机系统需求 为什么需要调度？ | 任务并行；资源冲突；效率与公平 | 分析仓库/酒店/清洁三种多机场景，列出 5 个调度需求与约束。 | 需求分析 |
| L02 | 任务分配建模 把任务分给谁？ | 分配问题形式化；代价矩阵；Hungarian 算法 | 构造 4 机 12 任务的代价矩阵，用 Hungarian 求最优分配并与贪心对比。 | 分配结果对比 |
| L03 | 拍卖与合同网 让机器人自己“竞标” | 拍卖流程；出价函数；通信开销 | 实现顺序拍卖：机器人按距离/负载出价，统计总完成时间与均衡度。 | 拍卖调度 demo |
| L04 | 路径冲突 同一走廊相向而行怎么办？ | 冲突类型：顶点/边；优先级规划；时空 A* | 实现优先级规划，在 4 机交叉场景测试，统计等待时间与死锁次数。 | 冲突消解实验 |
| L05 | 通信与一致性 消息丢了会怎样？ | 心跳/超时；状态同步；幂等与重试 | 模拟 10% 丢包，观察任务重复/遗漏，加入确认与幂等后复测。 | 通信可靠性测试 |
| L06 | 调度仿真 先在仿真里跑 100 次 | 离散事件仿真；指标采集；参数扫描 | 写一个离散事件仿真器，比较 3 种调度策略在 100 个任务下的表现。 | 仿真器 + 报告 |
| L07 | 死锁与容错 互相等待时谁来破局？ | 死锁检测（等待图）；超时回退；单机故障接管 | 人为制造死锁与掉线，验证检测与恢复机制，记录恢复时间。 | 容错测试报告 |
| L08 | 局域网部署 从仿真走到真实网络 | IP 规划；服务发现；时间同步 | 部署 3 台机器人 + 1 台调度机，完成一次 10 任务的真实调度。 | 部署记录 |
| L09 | 效率基准 多机到底提升了多少？ | 吞吐量/利用率/公平性；规模效应；瓶颈定位 | 对比 1/2/3/4 台的吞吐量与等待时间，找出瓶颈并解释拐点。 | 效率基准报告 |
| L10 | 答辩 系统设计的取舍 | 架构权衡；失败复盘；扩展性 | 答辩展示架构、算法、真实数据与故障恢复，回答“再加 10 台会怎样”。 | 答辩 PPT |
说明：本页是教程副本（大纲级），不是完整课件。完整课件、教案、学案、代码与仿真场景按学校进度单独导出。