Разработка адаптивных моделей поведения агентов мультиагентной системы управления телекоммуникационными предприятиями

тельностью в регионе, с БД органов государственной власти, Федеральной службой государственной статистики и Государственной системой научно-технической информации осуществляется с помощью XML-технологии. Пользователи системы получают возможность использовать в качестве клиентского приложения обычный web-браузер с установленным Adobe Flash Player 9.0 и выше, что значительно снижает предъявляемые к системе программно-аппаратные требования и делает интерфейс системы удобным, привычным и интуитивно понятным для пользователя. Установку и администрирование СУБД предполагается осуществлять на главном сервере департамента, отвечающего за экономическое развитие исследуемого региона. При ее инсталляции проводятся автоматическая проверка настроек операционной системы и необходимое конфигурирование ресурсов, в частности, автоматическое определение web-сер-вера, конфигурирование компонентов и создание необходимых виртуальных директорий.

Применение разработанной ИАСППР по управлению сложными объектами, в частности, региональной инновационной системой, с использованием динамических нечетких когнитивных карт в качестве инструмента моделирования, анализа, выработки и мониторинга рациональных стратегически ориентированных предложений в области развития инновационной деятельности в регионе позволит значительно повысить их эффективность и обоснованность. Это представляется особенно актуальным в условиях необходимости учета значительных объемов изменяющихся во времени качественных и количественных характеристик региональной инновационной среды,

являющихся исходным материалом при построении и исследовании динамических нечетких когнитивных моделей управления региональной инновационной деятельностью для определения согласованности предлагаемых мероприятий социально-экономического и инновационного развития региона.

Литература

1. Дли М.И., Какатунова Т.В. Общая процедура взаимодействия элементов инновационной среды региона // Журнал правовых и экономических исследований. 2009. № 3. С. 60-63.

2. Дли М.И., Какатунова Т.В. О перспективах создания виртуальных технопарковых структур // Инновации. 2008. N° 2. С. 118-120.

3. Палюх Б.В., Какатунова Т.В. Нечеткая когнитивная карта как инструмент моделирования инновационной деятельности на региональном уровне // Программные продукты и системы. 2012. № 4. С. 128-131.

4. Дли М.И., Какатунова Т.В. Трехуровневая нечеткая когнитивная модель для анализа процессов инновационного развития региона // Прикладная информатика. 2013. № 1. С. 5-10.

References

1. Dli M.I., Kakatunova T.V. The general procedure of elements interaction in the innovation environment of the region. Zhurn. pravovykh i ekonomicheskikh issledovaniy [Journ. of Legal and Economic Studies]. 2009, no. 3, pp. 60-63 (in Russ.).

2. Dli M.I., Kakatunova T.V. On the prospects of creating virtual technopark structures. Innovatsii [Innovations]. 2008, no. 2, pp. 118-120 (in Russ.).

3. Palyukh B.V., Kakatunova T.V. A fuzzy cognitive map as a tool to model innovations at the regional level. Programmnye produkty i sistemy [Software & Systems]. Tver, 2012, no. 4, pp. 128-131 (in Russ.).

4. Dli M.I., Kakatunova T.V. A three-level fuzzy cognitive model to analyse the processes of innovation development in the region. Prikladnaya informatika [Applied Informatics]. 2013, no. 1, pp. 5-10 (in Russ.).

УДК 004.891

РАЗРАБОТКА АДАПТИВНЫХ МОДЕЛЕЙ ПОВЕДЕНИЯ АГЕНТОВ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫМИ ПРЕДПРИЯТИЯМИ

В.В. Гимаров, к.э.н.., доцент; В.А. Гимаров, д.т.н., профессор; М.И. Дли, д.т.н.., профессор, зам.. директора; И.В. Иванова, аспирант

Исследование и анализ рынка как открытой социально-экономической системы, объединяющей большое количество взаимодействующих элементов, требует обработки огромных массивов статистических данных и информационной поддержки прогнозирования маркетинговых ситуаций с целью выбора стратегий и принятия решений по их реализации на основе формализованных знаний. В то же время известные на сегодняшний день методы, основанные на использовании аналитических выражений и теории игр, описывают состояние элементов статистически, без учета динамики их поведения и взаимовлияния. Динамика поведения системы в условиях неопределенности, риска, нечеткой или неполной информации в большинстве случаев непредсказуема. В связи с этим для принятия эффективных

управленческих решений целесообразно использовать агентно-ориентированный подход к описанию и моделированию взаимодействия элементов системы, которые изменяют свойства и поведение в зависимости от состояния окружающей среды. Одной из основополагающих проблем в построении мультиагентных систем является организация взаимодействия агентов. При наличии ограничений на использование процедурных подходов более предпочтительными для организации взаимодействия агентов являются декларативные языки. В статье предложена онтологическая модель предметной области взаимодействия агентов, определяющая совокупность коммуникативных актов, а также разработана модель акта «запрос» в нотации цветной сети Петри. Адаптивность поведения агентов системы достигается за счет классификации показателей внешней и внутренней среды с использованием аппарата нейронных сетей и выбора соответствующей стратегии поведения.

Ключевые слова: маркетинговые исследования, мультиагентное моделирование, структура мультиагентной модели, коммуникация агентов, онтологическое исследование предметной области, цветные сети Петри.

DEVELOPMENT OF AGENT BEHAVIORAL ADAPTIVE MODELS FOR MULTI-AGENT SYSTEM OF TELECOMMUNICATION ENTERPRISE MANAGEMENT Gimarov V. V., Ph.D. (Economics), associate professor; Gimarov V.A., Dr. Tech. Sc., professor; Dli M.I., Dr. Tech. Sc., professor; Ivanova I.V., postgraduate student (Smolensk Branch of the Moscow Power Engineering Institute, Energeticheskiy proezd, 1, Smolensk, 214013, Russian Federation, feu@sci.smolensk.ru, feu@sci.smolensk.ru, midli@mail.ru, ivanova_iv@list.ru) Abstract. The article considers a market as an open socio-economic system involving a large number of interacting elements. Market research and analysis requires processing massive amounts of statistical data and information support to forecast marketing situations in order to select strategies and decision-making for their implementation based on formalized knowledge. At the same time, known methods based on using analytical expressions and games theory, describe the state of the elements statistically excluding changes in their behavior and interaction. The dynamics of the system behavior under conditions of uncertainty, risk, illegible or incomplete information is mostly unpredictable. That is why to make effective management decisions it is appropriate to use the agent-oriented approach to the description and simulation of the system elements interaction. These elements alter the properties and behavior depending on the environment. One of the fundamental problems of multi-agent systems construction is the organization of agents' interaction. If there are restrictions to use procedural approaches, declarative languages are preferred for interaction of agents. The paper proposes an ontological domain model of agent interaction that defines a set of communicative acts. It also shows a model of "request" act in the notation of colored Petri nets. The adaptability of the system of agents' behavior is achieved due to the classification of indicators of external and internal environment using neural networks and selecting the appropriate behavioral strategies.

Keywords: market research, multi-agent modeling, structure multiagent models, communication agents, ontological research domain, colored Petri nets.

Для принятия эффективных решений по управлению инновационными проектами в условиях нестабильной внешней и внутренней среды целесообразно использовать моделирование проблемных ситуаций. Задача разработки таких моделей особенно актуальна для высокотехнологичных отраслей промышленности. Инновационная деятельность этих рыночных субъектов характеризуется большим многообразием, высокими темпами роста продаж новых продуктов и услуг, зависимостью финансово-экономических показателей предприятия от результатов реализации инновационных проектов, высокой долей затрат на НИОКР в бюджете предприятия, необходимостью постоянного увеличения интеллектуального потенциала. Таким образом, управление инновационными проектами в высокотехнологичных организациях должно строиться с учетом перечисленных специфических факторов на основе использования принципов математического и имитационного моделирования, что позволит определить роль всех субъектов проекта, систему интеграционных связей между ними и повысить эффективность управления в целом в условиях сложности и многогранности протекающих инновационных процессов. Принятие решений по управлению инновационными проектами осуществляется в условиях нестационарной внешней и

внутренней среды и должно учитывать взаимовлияние интересов всех субъектов рынка, так как это дает возможность не только скоординировать действия отдельных участников, но и повысить эффективность функционирования всей организационной системы в целом. Использование формализованных математических и инструментальных методов на различных этапах управления инновационными проектами позволяет обоснованно намечать цели и составлять планы инновационной деятельности, эффективно управлять рисками, оптимально использовать ресурсы и избегать конфликтов, увеличивать эффективность контроля, анализировать отклонения фактических и плановых показателей и вносить своевременные коррективы.

Известные способы моделирования охватывают аналитическое моделирование, аналитическое моделирование с элементами дискретно-событийного моделирования, дискретно-событийное моделирование с элементами аналитического моделирования, дискретно-событийное моделирование с элементами аналитического и/или агентного моделирования.

Одним из наиболее перспективных направлений являются мультиагентные системы (МАС). Мультиагентная технология - новая программная технология, которая для решения сложной задачи

или проблемы использует системы, состоящие из множества взаимодействующих агентов [1]. Зарождение основ концепции связывается с появлением формулировки термина «агент» как некоторого интеллектуального посредника, необходимость возникновения которого объясняется желанием упростить стиль общения пользователя с программой через интерфейс. Другими словами, появление агента послужило попыткой увеличить интеллектуальность пользовательского интерфейса. С его помощью осуществляется замещение взаимодействия, задаваемого пользователем в виде команд и прямых манипуляций, на вовлечение его в процесс решения.

В настоящее время МАС является некоторой совокупностью интеллектуальных агентов, локализованных в отдельных звеньях в сети, перетекающих по ней в процессе поиска актуальной информации, знаний и процедур и координирующих свои действия в процессе выработки решений.

При разработке МАС предполагается, что каждый агент обладает ограниченным представлением о задаче и может решить только некоторую ее часть. В связи с этим решение комплексной проблемы требует организации взаимодействия агентов. В МАС задачи распределены между агентами - членами группы или организации. Разделение задач предполагает назначение ролей каждому из агентов, определение меры его ответственности и требований к опыту.

В общем случае мультиагентная модель управления инновационными проектами телекоммуникационного предприятия может быть представлена кортежем следующего вида: М5=<Л, Е, О, Б, О,, О0>, где Л - множество агентов системы Л={Ацентр_управ, Афилиал}; Е - множество внешних сред, в которых функционируют агенты, не имеющие отношения к рассматриваемой системе Е={Еконкур_р, Еконкур_н, Епотреб, Еорга-ны_управлен}; О - множество взаимодействий между агентами системы; Б - множество комму-

никативных актов взаимодействия между агентами, которые формируют протокол коммуникации D={D\, D2, D3, D4}: Dj - множество коммуникативных актов, имитирующих передачу информации, D2 - множество актов, имитирующих управление одних агентов другими, D3 - множество актов, имитирующих поиск потенциальных поставщиков услуг, D4 - множество актов, имитирующих запрос на подключение к предприятию-поставщику; G,={G-i, G2, ...} - цели агентов системы: Gj - максимизация прибыли от продаж в регионе, G2 - минимизация расходов на формирование инфраструктуры в регионе; G0={G0J, G02...} - цели агентов внешней среды: G0j - максимизация прибыли от продаж, G02 - минимизация расходов на формирование инфраструктуры в регионе.

На рисунке 1 представлена общая структура мультиагентной модели управления телекоммуникационным предприятием.

Одной из основополагающих проблем в построении мультиагентных систем является организация взаимодействия агентов. Как правило, коммуникации в мультиагентных системах основаны на теории переговоров, которые представляют собой прагматичные теории языка. Они отображают процесс использования людьми языка для достижения определенных целей.

Существуют два главных подхода к разработке языка коммуникации агентов - процедурный и декларативный [2].

В процедурном подходе коммуникации базируются на выполняемом содержимом, которое представляет собой исполняемый код на каком-либо языке программирования, например Java.

В декларативном - на утверждениях, таких как определения, допущения и им подобные. Большая часть реализаций декларативного подхода опирается на действия, такие как отправка сообщений.

Для организации общения между агентами необходимо иметь согласованный набор терминов.

Агенты системы управления телекоммуникационным предприятием

Агент типа центральное управление

I I I

О, О, й2

_I

Агент типа региональный — филиал

-0,-

О,-

Агент типа конкурент: региональное предприятие X

-0з

Агенты внешней среды

-О,-

»_

Агент типа — потребитель:

физическое лицо А

Агент типа конкурент: национальное предприятие

-04-

Агент типа потребитель: юридическое лицо

-0,--D,-

Агент типа органы местного самоуправления

-0,-

гг

Агент типа маркетинговый посредник

Рис. 1

0

0

Рис. 2

Их формальная спецификация называется онтологией. Практическая роль онтологий - определение совокупности понятий, в терминах которых будет осуществляться процесс проектирования. На рисунке 2 представлена диаграмма онтологии предметной области взаимодействия агентов на рынке телекоммуникационных услуг в нотации ГОБР5.

Главными пользователями онтологий являются естественные и искусственные когнитивные агенты, а основной целью их построения - обеспечение взаимопонимания и совместной работы таких агентов. Здесь онтология используется и как метод представления информации, и как способ интеграции различных моделей знаний и управления знаниями в сети, и как формальный инструмент семантического анализа предметной области, и как средство поддержки коммуникации между агентами, в частности, реализации диалога между человеком и искусственным агентом. Как видно из рисунка 2, телекоммуникационное предприятие осуществляет поиск новых рынков сбыта, разрабатывает стратегии для проникновения на них. При этом предприятие для привлечения или переманивания новых клиентов посылает запрос на

подключение. Для моделирования данного запроса как обособленного коммуникативного акта использован аппарат цветных сетей Петри [3]. Данная модель представлена на рисунке 3.

В соответствии с моделью на рисунке 3 коммуникативный акт «запрос» представляется следующим образом. Агент получает запрос и анализирует принятое сообщение на понимание. Если сообщение понято, агентом оцениваются собственные возможности для выполнения запроса. В случае, когда реализация запроса невозможна, агент посылает отправителю отказ. В противном случае запрос выполняется, отправителю посылается либо результат исполнения, либо подтверждение выполнения, либо сообщение о сбое в процессе реализации. Для облегчения моделирования и исследования пространства состояний был использован специализированный пакет для моделирования цветных сетей Петри - CPN Tools.

Таким образом, для реализации на практике взаимодействия между агентами мультиагентной системы необходимо построить аналогичным образом модели всех коммуникативных актов в нотации цветных сетей Петри в соответствии с он-

Рис. 3

тологической моделью предметной области. Это значительно упростит их дальнейшую программную реализацию и позволит проанализировать всевозможные коммуникационные операции, возникающие в процессе функционирования агентов.

Поведение всех агентов (последовательность принимаемых решений) должно носить адаптивный характер, то есть изменяться в зависимости от условий внешней и внутренней среды. В целом можно выделить следующие основные стратегии поведения агентов:

- агрессивная: решения, принимаемые агентами, недостаточно проверяются и оцениваются; они оказываются недостаточно обоснованными и надежными, принимаются «с наскока»;

- активная: при принятии решений агенты идут на сознательный риск;

- осторожная: любое решение агента им проверяется и критически оценивается;

- пассивная: решения агента становятся результатом осторожного поиска, в них преобладают контрольные и уточняющие действия;

- инертная: решения характеризуются тщательностью оценки менеджером всех вариантов, сверхкритичным подходом к делу, что зачастую приводит к снижению эффективности деятельности агента.

На рисунке 4 показана процедура классификации моделей поведения агентов на основе прогнозирования показателей внешней и внутренней среды с использованием нейронных сетей [4, 5].

Таким образом, с точки зрения моделирования поведения агентов данные стратегии отличаются степенью обоснованности принимаемого решения.

Суть представленной классификационной модели заключается в следующем. На основании анализа статистической информации о состоянии факторов внешней и внутренней среды осуществляется прогноз их значений (нейронная сеть Хоп-филда и Хэмминга, обобщенная регрессионная нейронная сеть). Далее полученные прогнозные значения являются входными параметрами для классификации (нейронная сеть Кохонена, нейро-нечеткая система, сеть векторного квантования). Использование нейронных сетей различного типа обусловлено отличиями в количестве и качестве исходных данных для обучения и анализа исходной ситуации.

Таким образом, предложенная структура МАС, совокупность коммуникативных актов для описания взаимодействия между агентами, а также методика выбора стратегии поведения отдельных агентов позволяют повысить эффективность про-

я

Рис. 4

цессов моделирования за счет улучшения адаптационных свойств модели и более естественного отображения окружающей среды.

Литература

1. Тарасов В.Б. От многоагентных систем к интеллектуальным организациям: философия, психология, информатика. М.: Эдиториал УРСС, 2002. 352 с.

2. Gmytrasiewicz P.J., and Durfee E.H. Rational communication in multi-agent systems. Autonomous Agents and Multi-Agent

Systems Journ., 2001, no. 4 (3), pp. 233-272.

3. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. М.: Мир, 1984. 264 с.

4. Бояринов Ю.Г., Борисов В.В., Дли М.И. Методы построения и использования нечетких полумарковских моделей для анализа сложных систем // Информационные технологии моделирования и управления. 2011. № 1 (66). С. 43-55.

5. Борисов В.В., Бояринов Ю.Г., Дли М.И., Мищенко В.И. Методы анализа сложных систем на основе нечетких полумарковских моделей // Нейрокомпьютеры: разработка, применение. 2011. № 8. С. 33-41.

References

1. Tarassov V.B. Ot mnogoagentnykh sistem k intellektual-nym organizatsiyam: filosofiya, psikhologiya informatika [From multi-agent systems to intelligent organizations: philosophy, phy-chology, informatics]. Moscow, Editorial URSS Publ., 2002, 352 p.

2. Gmytrasiewicz P.J., Durfee E.H. Rational communication in multi-agent systems. Autonomous agents and multi-agent systems journ. 2001, no. 4 (3), pp. 233-272.

3. Piterson Dzh. Teoriya setey Petri i modelirovanie system

[The theory of Petri nets and systems' modeling]. Moscow, Mir Publ., 1984, 264 p.

4. Boyarinov Yu.G., Borisov V.V., Dli M.I. Design and using method of fuzzy semi-Markov models to analyse comlex systems. Informatsionnye tekhnologii modelirovaniya i upravleniya [IT for modeling and management]. 2011, no. 1 (66), pp. 43-55.

5. Borisov V.V., Boyarinov Yu.G., Dli M.I., Mishchen-ko V.I. Analysing methods for comlex systems based on fuzzy semi-Markov models. Neyrokompyutery: razrabotka, primenenie [Neurocomputers: design and applications]. 2011, no. 8, pp. 33-41 (in Russ.).

УДК 621.396

РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ ОПТИМАЛЬНОЙ МАРШРУТИЗАЦИИ ПО КРИТЕРИЮ ЗАГРУЖЕННОСТИ СЕТИ

Г.А. Дмитриев, д.т.н., профессор; Б.И. Марголис, д.т.н., профессор; М.М. Музанна, аспирант

Рассмотрена потоковая модель информационной сети с альтернативной маршрутизацией сообщений для произвольного количества коммутационных узлов и каналов связи. Сформулированы критерии оптимизации по времени задержки сообщений и максимальной загруженности сети, ограничения на пропускные способности каналов и условия сохранения потоков в сети. Рассмотрен пример сети, состоящей из пяти узлов и семи каналов связи. Показано, что задача оптимальной маршрутизации относится к классу задач нелинейной оптимизации функции нескольких переменных с ограничениями типа неравенств и равенств. Сформулированы ограничения типа неравенств для пропускных способностей каналов и типа равенств для условия сохранения потоков в узлах сети с учетом их разбиения на узел-вход, узел-выход и промежуточные узлы. На основе стандартной функции fmincon в среде MatLab разработана программа, позволяющая по топологической структуре сети, входному потоку и пропускным способностям каналов найти оптимальное распределение потоков в сети, состоящей из произвольного количества узлов и каналов связи. Приведены результаты расчета оптимального разделения потоков по критериям загруженности и задержки для рассмотренного примера. Проведен анализ изменения критерия максимальной загруженности при различных интенсив-ностях входного потока. Показано, что определение оптимального распределения нагрузки каналов при разделении каждого канала на произвольное количество линий связи может быть выполнено с помощью аналитических оптимизационных методов. Приведены результаты расчета оптимального разделения потоков на две линии связи по критерию загруженности для рассмотренного примера.

Ключевые слова: информационная сеть, коммутационный узел, канал связи, средняя задержка сообщений, максимальная загруженность, пропускная способность, нелинейная оптимизация, ограничения типа неравенств и равенств, входной поток, топология сети, оптимальная маршрутизация.

OPTIMAL ROUTING USING THE NETWORK CONGESTION CRITERION Dmitriev G.A., Dr. Tech. Sc., professor; Margolis B.I., Dr. Tech. Sc., professor; Muzanna M.M., postgraduate student (Tver State Technical University, Quay Nikitin, Tver, 22, 170026, Russian Federation, borismargolis@yandex.ru, mohamed1984a@yahoo.com) Abstract. The article considers the network information flow model with reroute messages for any number of switching nodes and links. There are criteria for optimizing with time-delay messages and the maximum network congestion, restrictions for the capacity of the channels and the conservation of flows in the network. An example of a network consisting of five nodes and seven channels of communication is described. It is shown that the problem of optimal routing refers to non-linear optimization of several variables function with inequality constraints and equations. Inequality constraints are formulated for channel capacity and the type of equations for the conservation of flows in the network nodes according to their division into input node, output node and intermediate nodes. Based on the standard fmincon function, a program as developed in MatLab. It allows finding the optimal distribution of flows in the network consisting of an arbitrary number of nodes and links according the topological structure of the network, the input flow and capacity of channels. The article shows the results of the optimum flow separation calculation using criteria of congestion and delays for the considered example. The analysis of changes in the criteria of maximum load at different intensities of the input stream is made. It is shown that the determination of the optimum distribution of channels load while separating each channel to any number of lines can be done using analytical optimization techniques. There are results of the calculation of the optimum flow separation on two links by load for the considered example.

Keywords: information network, switching node, communication channel, average delay of messages, maximum load carrying capacity, nonlinear optimization, inequality constraints and equations, input stream, network topology, optimal routing.