Построение мультиагентной модели телекоммуникационного рынка

Программные продукты и системы /Software & Systems

№ 4 (108), 2014

УДК 004.89 Дата подачи статьи: 15.09.2014

DOI: 10.15827/0236-235X.108.217-221

ПОСТРОЕНИЕ МУЛЬТИАГЕНТНОЙ МОДЕЛИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО РЫНКА

М.И. Дли, д.т.н., профессор, зам. директора, midli@mail.ru;

В.В. Гимаров, кэ.н.., доцент, feu@sci.smolensk.ru;

И.В. Иванова, доцент, ivanova_iv@fist.ru

Экономика современного государства определяется наличием развитой телекоммуникационной системы, являющейся одним из показателей инвестиционного климата страны. Телекоммуникационная отрасль имеет важное значение для развития информационного общества в России, предполагающего широкое применение информационных ресурсов населением, органами государственной власти и предприятиями. В настоящее время одним из важных факторов роста конкурентоспособности телекоммуникационных предприятий является их способность быстро реагировать на динамические колебания внешней среды. Большое количество различных невзаимосвязанных операций и сложность технологической инфраструктуры создают препятствия для принятия эффективных оперативных решений. В этих условиях целесообразно использование компьютерных систем поддержки принятия решений. Одним из способов построения таких систем является применение имитационных моделей телекоммуникационных предприятий, благодаря которым обеспечивается возможность получения набора данных, необходимых для обоснованного выбора управленческих решений из множества альтернативных вариантов исходя из производственных и финансовых возможностей объекта моделирования. В статье представлена общая структура мультиагентной модели телекоммуникационного рынка, предназначенной для поддержки принятия решений в области маркетинга. Процесс построения мультиагентных систем включает следующие этапы: анализ, проектирование и реализация, отладка и тестирование. Программная реализация имитационной мультиагентной модели предполагает модульную структуру и выполнена на объектно-ориентированном языке Java с использованием средства разработки Eclipse и СУБД Microsoft Structured Query Language Server. Основное внимание в статье уделено программной реализации модели, приведены общая архитектура системы, UML-диаграмма классов и фрагменты программного кода на языке Java.

Ключевые слова: имитационное моделирование, мультиагентное моделирование, диаграмма классов, архитектура модели, программная реализация на языке Java.

Экономика любого современного государства определяется наличием сформированной развитой телекоммуникационной системы, являющейся одним из показателей инвестиционного климата и инновационного развития страны. Телекоммуникационная отрасль имеет важное значение для процесса развития информационного общества в России, предполагающего широкое использование информационных ресурсов населением, органами государственной власти и предприятиями.

Более того, телекоммуникационная отрасль является высокотехнологичной и наукоемкой. Она позволяет создавать условия для развития инфраструктуры, удовлетворяющей потребности в информации всех участников экономических отношений.

Одним из важных факторов роста конкурентоспособности телекоммуникационных предприятий является их способность быстро реагировать на динамические колебания внешней среды, обусловленные такими факторами, как интенсификация инновационных процессов, появление новых условий государственного отраслевого регулирования и другие. Необходимость осуществлять свою деятельность в условиях быстрого развития и смены лидирующих технологий и роста конкуренции требует от телекоммуникационных предприятий гибкости и оперативности принятия ре-

шений. Реализация большого количества различных невзаимосвязанных операций и сложность технологической инфраструктуры формируют препятствия для принятия эффективных и оперативных решений. В этих условиях целесообразно использование компьютерных систем поддержки принятия решений (СПИР).

Среди способов построения таких систем следует отметить использование имитационных моделей телекоммуникационных предприятий. Их применение обеспечит получение набора данных, на основе которых можно осуществлять обоснованный выбор управленческих решений из множества альтернативных вариантов исходя из производственных и финансовых возможностей объекта моделирования. Наиболее актуальная парадигма имитационного моделирования - мультиагентное моделирование [1, 2].

Модели агентов, описывающие субъективные характеристики их поведения, составляют мультиагентную модель сложной системы, отражающую динамику отношений агентов с учетом возможности определения и прогнозирования состояния всей системы [2-4].

Задачами моделирования телекоммуникационного предприятия являются прогнозирование показателей рынка, выбор маркетинговой стратегии и решений по отдельным элементам комплекса

217

Программные продукты и системы /Software & Systems

№ 4 (108), 2014

маркетинга 4p (продукт, цена, распределение, продвижение телекоммуникационных услуг).

В общем случае мультиагентная модель телекоммуникационного рынка [5, 6] может быть представлена кортежем следующего вида:

MS = <A, E, D, Gi, Go>.

Остановимся на представленных элементах.

1. A - множество агентов системы

A {А предприятие }.

2. Е - множество агентов внешней среды

E = {EK(

, Епотреб}.

3. D - акты взаимодействия между агентами D={D1, D2, D3, D4}, где D1 - 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.

4. G={G1, G2...} - цели (стратегии) предприятия, например, G1 - максимизация прибыли от продаж в регионе; G2 - минимизация расходов на формирование инфраструктуры в регионе.

5. G0={G01, G02...} - цели агентов внешней среды (конкурентов); G01 - максимизация прибыли от продаж; G02 - минимизация расходов на формирование инфраструктуры в регионе.

Процесс построения мультиагентных систем включает следующие этапы: анализ, проектирова-

ние, реализация, отладка, тестирование. Программная реализация имитационной мультиагентной модели предполагает модульную структуру, будет выполнена на объектно-ориентированном языке Java с использованием средства разработки Eclipse и СУБД Microsoft Structured Query Language Server.

На рисунке 1 представлена диаграмма классов мультиагентной модели управления инновационной деятельностью телекоммуникационного предприятия в нотации UML [7].

Как видно из рисунка 1, клиентами телекоммуникационного предприятия являются физические лица, которые определяются персональными данными, а также юридические лица, которые характеризуются наименованием, ИНН. Каждый агент-клиент использует возможность получения рекламного сообщения от компании или ее конкурента: подключение услуги (перечень услуг заранее определен, при подключении с клиента списывается определенная сумма денег), отключение услуги. Пока клиент не отключил услугу, денежные средства за пользование подключенными услугами списываются автоматически раз в месяц (таймер модельного времени в простейшем случае отсчитывает дни).

Программная реализация агентов «физическое лицо», «юридическое лицо» (как подкласс), «клиент» представлена в листингах программы 1 а, б, в соответственно.

Рис. 1. Диаграмма классов информационной системы управления инновационной деятельностью

телекоммуникационного предприятия

Fig. 1. Class diagram for an information control system of telecommunications company innovation activity

218

Программные продукты и системы /Software & Systems

№ 4 (108), 2014

Листинг 1а. Программная реализация агента «физическое лицо»

package agents; import java.util.List;

public class CustomerFL extends Customer{ public String FIO;

public Customer_FL(String FIO, int NumDog, int money, List<String> usl) {

super(NumDog, money, usl); this.FIO=FIO;

}

public String getFIO() { return FIO;

}

}

Листинг 1б. Программная реализация агента «юридическое лицо»

package agents; import java.util.List;

public class Customer_UL extends Customer { public String name; public int INN;

public Customer_UL(String name, int INN, int NumDog, int money, List<String> usl) { super(NumDog, money, usl); this. name=name; this.INN=INN;

}

public String getName() { return name;

}

public int getINN(){ return INN;

}

}

Листинг 1в. Программная реализация агента «клиент»

package agents; import java.util.List; public class Customer { int NumDog; int money;

List<String> usl;

final String usll = "Подключение интернет"; final String шП="Подключение домашнего цифрового ТВ";

final String usl3="Подключение телефонии";

final String usl4="Комплексный пакет";

final int money1 =600; final int money2=400; final int

money3=800; final int money4=1600;

public Customer(int NumDog, int money,

List<String> usl){

this.NumDog=NumDog; this. money=money; this.usl=usl;}

public int getnumDog() { return NumDog; } public int getmon() { return money; } public List<String> OpredUsl() {return usl; } public void getUsl(String usl){

if (usl==usl1) {

this. money=this. money-money1; this.usl.add(usl1); } if (usl==usl2) {

this. money=this. money-money2; this.usl.add(usl2); } if (usl==usl3) {

this. money=this. money-money3; this.usl.add(usl3); } if (usl==usl4) {

this. money=this. money-money4; this.usl.add(usl4);

}}}

Листинг 2. Программная реализация агента «предприятие»

package agents; import java. util.List; public class enterprise { private String name; private int INN; private List<Uslugi> uslugi; private int Budget; private String Strateg;

public enterprise (String name, int INN, List< Uslugi> uslugi, int Budget, String Strateg) { this.name=name; this.INN=INN; this. uslugi=uslugi; this.Budget=Budget; this.Strateg=Strateg;} public String getname() { return name;} public int getINN() { return INN;}

public List<Uslugi> getUsl() { return uslugi;} public int getBud() { return Budget;} public String getStrat() { return Strateg;}

public void setname(String name) { this.name=name;}

}

На рисунке 2 представлена архитектура созданной СППР с использованием мультиагентного моделирования.

Разработанная СППР по управлению инновационной деятельностью телекоммуникационных предприятий представляет собой сложный программный комплекс информационно-вычислительных модулей, связь между которыми осуществляется посредством обмена информацией с использованием XML-сообщений. Данный подход к интеграции предполагает организацию взаимодействия систем по принципу «каждая с каждой», без применения специализированного промежуточного ПО. При небольшом количестве связываемых систем (не более 5) и неполной их инте-

219

Программные продукты и системы /Software & Systems

№ 4 (108), 2014

Блок прогнозирования поведения факторов внутренней и внешней среды

Модуль

классификации

траекторий

Модуль экспорта и импорта данных

Модуль мониторинга точности мультиагентной модели

Мультиагентная модель

Агенты модели

Конкурент Конкурент Потребитель Потребитель Органы

(региональн ый (национальный (физическое (юридическое

оператор) оператор) лицо) лицо)

Внутренняя среда

Центральное Региональное

управление управление

Взаимодействие агентов

'ОнтологиЯ''^ __________

предметной Язык

област^^ коммуникации

агентов FIPA ACL

Обобщенная структура агента модели

Компонент «данные»

Параметры агента

Данные об агентах внешней среды

Т

/Данные о предыдущи: поведениях

х

Компонент «поведение»

Выбор поведения агента

Шаблоны поведения агентов

Классификационный нейросетевой анализ

Компонент управления коммуникациями

Модель коммуникации с другими агентами

Управление конфликтами

Компонент управления знаниями

Система общения

Система обучения

Блок вывода решений

Иерархическая база знаний

Модели

мира

^нания о процессах планирована

-^Sguv поведи

Компонент прогнозирования

Нейросетевое прогнозирование

Е

Компонент управления агентом

Реактивная подсистема

Подсистема планирования

Подсистема организации кооперативного поведения

Рис. 2. Архитектура информационной СППР по управлению телекоммуникационным предприятием

Fig. 2. An architecture of information decision-making support system for managing a telecommunications company

грации (выбор информации и процесс передачи данных инициируются пользователем) данный подход является достаточно эффективным [8].

Литература

1. Андреев В.В., Минаков И.А., Пшеничников В.В., Симонова Е.В., Скобелев П.О. Основы построения мультиагент-

220

Программные продукты и системы /Software & Systems

№ 4 (108), 2014

ных систем. Самара: Изд-во Поволжской гос. акад. телекоммуникаций и информатики, 2007. 151 с.

2. Борщев А.В. Практическое агентное моделирование и его место в арсенале аналитика // Exponenta Pro. 2008. № 3-4. С. 38-47.

3. Аксенов К.А., Гончарова Н.В. Динамическое моделирование мультиагентных процессов преобразования ресурсов. Екатеринбург: Изд-во УГТУ-УПИ, 2006. 311 с.

4. Солодуха Т.В. Мультиагентные системы в экономике. URL: 2009.it-edu.ru/docs/Sekzii_4-5/20_Soloduha_125347536356 9911.doc (дата обращения: 03.09.2014).

5. Гимаров В.А., Гимаров В.В., Дли М.И., Иванова И.В. Модели поведения агентов для мультиагентной системы управления телекоммуникационным предприятием // Научное обозрение. 2013. № 12. С. 223-226.

6. Дли М.И., Гимаров В.В., Иванова И.В. Иерархические мультиагентные модели для управления телекоммуникационным предприятием // Журнал правовых и экономических исследований. 2012. № 4. С. 86-89.

7. Фаулер М., Скотт К. UML. Основы. СПб: СимволПлюс, 2002. 192 с.

8. Лычкина Н.Н. Имитационное моделирование экономических процессов М.: Инфра-М, 2012. 254 с.

DOI: 10.15827/0236-235X.108.217-221 Received 15.09.2014

CREATING A TELECOMMUNICATIONS MARKET MULTIAGENT MODEL

DliM.I., Dr.Sc. (Engineering), Professor, midli@mail.ru;

Gimarov V.V., PhD. (Economics), Associate Professor, feu@sci.smolensk.ru;

Ivanova I. V., Associate Professor, ivanova_iv@list.ru (Smolensk Branch of the Moscow Power Engineering Institute,

Energeticheskiy proezd 1, Smolensk, 214013, Russian Federation)

Abstract. Economic development of the modern state is defined by the presence of advanced telecommunications system. It is one of the indicators of the investment climate in the country. The telecommunications industry is important for the information society development in Russia. It involves using information resources by citizens, public authorities and enterprises. Currently one of the most important factors increasing telecommunications companies competitiveness is their ability to respond quickly to the dynamic fluctuations of the environment.

A large number of different non-interacting operations and technological infrastructure complexity obstructs taking efficient decisions. In these circumstances, it becomes appropriate to use computer decision support systems (DSS). One way of creating such systems is applying of simulation models of telecommunication companies. It helps to obtain a data set for choosing useful management decisions depending on operational and financial capacity of the modeling object. The paper presents the general structure of the multi-agent model of a telecommunications market designed to support decision-making in the marketing field. The process of creating multi-agent systems involves following steps: analysis, design and implementation, debugging and testing. Software implementation of a multi-agent simulation model assumes a modular structure. It is performed in Java object-oriented language using the Eclipse development tools and Microsoft Structured Query Language Server. The main emphasis is on the software implementation of the model. The paper also shows the general architecture of the system, UML class diagram and code snippets in Java.

Keywords: simulation, multiagent simulation, class diagram, model architecture, software implementation in Java.

References

1. Andreev V.V., Minakov I.A., Pshenichnikov V.V., Simonova E.V., Skobelev P.O. Osnovy postroeniya multiagentnykh sistem [The Basics of Creating Multiagent Systems]. The Povolzhskaya State Academy of Telecommunication and Informatics Publ., 2007, 151 p.

2. Borshchev A.V. Practical agent simulation and its place in analyst’s arsenal. Exponenta Pro. 2008, no. 3-4, pp. 38-47 (in Russ.).

3. Aksenov K.A., Goncharova N.V. Dinamicheskoe modelirovanie multiagentnykh protsessov preobrazovaniya resursov [Dynamic Simulation of Multiagent Processes of Resources Transformation]. Ekaterinburg, UGTU-UPI Publ., 2006, 311 p.

4. Solodukha T.V. Multiagentnye sistemy v ekonomike [Multiagent Systems in Economics]. Available at: 2009.it-edu.ru/docs/Sekzii_4-5/20_Soloduha_1253475363569911.doc (accessed September 03, 2014).

5. Gimarov V.A., Gimarov V.V., Dli M.I., Ivanova I.V. Agents behavior patterns for multiagent control system of a telecommunications company. Nauchnoe obozrenie [Science Review]. 2013, no. 12, pp. 223-226 (in Russ.).

6. Dli M.I., Gimarov V.V., Ivanova I.V. Hierarchical multiagent models for managing in a telecommunications company. Zhurnal pravovykh i ekonomicheskikh issledovany [Journ. of Legal and Economic Studies]. 2012, no. 4, pp. 86-89 (in Russ.).

7. Fauler M., Skott K. UML. Osnovy [UML. The Basics]. St. Petersburg, Simvol-Plyus Publ., 2002, 192 p.

8. Lyichkina N.N. Imitatsionnoe modelirovanie ekonomicheskikh protsessov [Simulation Modeling of Economical Processes]. Moscow, Infra-M Publ., 2012, 254 p.

221