In this work, we study the problem of decentralized multi-agent perimeter defense that asks for computing actions for defenders with local perceptions and communications to maximize the capture of intruders. One major challenge for practical implementations is to make perimeter defense strategies scalable for large-scale problem instances. To this end, we leverage graph neural networks (GNNs) to develop an imitation learning framework that learns a mapping from defenders' local perceptions and their communication graph to their actions. The proposed GNN-based learning network is trained by imitating a centralized expert algorithm such that the learned actions are close to that generated by the expert algorithm. We demonstrate that our proposed network performs closer to the expert algorithm and is superior to other baseline algorithms by capturing more intruders. Our GNN-based network is trained at a small scale and can be generalized to large-scale cases. We run perimeter defense games in scenarios with different team sizes and configurations to demonstrate the performance of the learned network.


翻译:在这项工作中,我们研究分散的多试剂周边防御问题,即要求为具有当地认知和通信的维权者计算行动,以最大限度地捕捉入侵者。实际实施的一个主要挑战是如何使周边防御战略能够适用于大规模问题案例。为此,我们利用图形神经网络(GNNs)开发一个模拟学习框架,从维权者的当地认知图和通信图中学习有关其行动的图象。拟议的GNN学习网络通过模仿中央专家算法进行培训,使所学行动接近专家算法产生的结果。我们证明,我们提议的网络更接近专家算法,通过捕捉更多的入侵者而优于其他基线算法。我们的GNN网络受到小规模培训,可以推广到大规模案例。我们以不同团队规模和配置的方式运行周边防御游戏,以展示所学网络的绩效。

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