Рыбина Технология построения динамических 2011

следствий аварии с привлечением сил и средств оперативных служб.

Разработка прототипа МАС для решения задач контроля состояния химически опасных объектов позволила организовать эффективное управление общими ресурсами при принятии решений об использовании специальных служб, а также синхронизировать действия между Агентствами по обеспечению мероприятий гражданской защиты и Центром мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера Главного управления МЧС России по Москве при составлении плана мероприятий по обеспечению гражданской безопасности населения на окружающей территории и устранению последствий аварий с привлечением сил и средств оперативных служб, оценке уровня аварии, расчете прогноза развития аварийной обстановки.

Рис. 52. Экран «Город»

201

3.2.2. Демонстрационный прототип МАС управления силами и средствами объектовой охраны

Рассмотрим демонстрационный прототип МАС по курсу «Динамические интеллектуальные системы», читаемого на кафедре Кибернетики НИЯУ МИФИ, который выступает в качестве систе- мы-тренажера по технологии моделирования всех компонентов МАС с помощью средств ИМВИА и системы G2.

Краткое описание проблемной области. Здесь в качестве мо-

дели ПрО выступает некоторый охраняемый объект, условно содержащий две секретные точки, которые являются целями нарушителей, пытающихся проникнуть на охраняемую территорию объекта. Нарушители начинают свое движение к объекту из одной из зон их дислокации. Технические средства охраны (ТСО) объекта состоят из охранного контура, расположенного по периметру территории и разделенного на пять частей в соответствии с формой участка земли, на котором расположен охраняемый объект. Каждая часть контура представляет собой «луч», который распространяется от трансмиттера к ресиверу. Каждый ресивер и трансмиттер, в свою очередь, подключен к энергоблоку, а все энергоблоки при помощи кабелей подсоединены к центральной подстанции. Таким образом, каждый энергоблок имеет три соединения – с центральной подстанцией, с одним ресивером и одним трансмиттером, относящимся к разным «лучам», что увеличивает надежность всего контура в целом.

Постановка задачи. Мониторинг состояния охраняемого объекта, управление силами и средствами объектовой охраны, сбор и анализ статистики по проникновениям на объект и выдача рекомендаций по обеспечению безопасности охраняемого объекта.

Теоретические вопросы разработки прототипа МАС управления силами и средствами объектовой охраны. В качестве мо-

дели интеллектуального агента и модели взаимодействия агентов, а также архитектуры агента при построении прототипа МАС управления силами и средствами объектовой охраны были использованы модели и архитектуры, предоставляемые системой ИМВИА [28],

[29].

202

Модель окружения МАС представляет собой совокупность классов предметной области, экземпляров этих классов, отношений между ними и процедур предметной области. Таким образом, при моделировании компонентов прототипа МАС использовались следующие классы объектов:

∙центральная подстанция;

∙энергоблок;

∙трансмиттер;

∙ресивер;

∙секретная точка объекта;

∙зона дислокации нарушителей.

В рассматриваемом прототипе МАС управления силами и средствами объектовой охраны были выделены следующие типы аген-

тов (рис. 53): агент-солдат, агент-реаниматор, и агент-

нарушитель. Рассмотрим функции каждого агента. Агент-нарушитель. Агенты-нарушители «возникают» в четы-

рех зонах их дислокации вне территории объекта с определенной частотой, которая задается пользователем и может быть изменена в ходе эксперимента. Единственной целью каждого нарушителя является проникновение в секретную точку охраняемого объекта, которая расположена ближе всего к его зоне. Нарушитель может быть обнаружен либо средствами ТСО, либо вооруженной охраной объекта, в связи с этим база знаний нарушителя состоит всего из одного правила, которое и реализует эту цель.

Рис. 53. Типы агентов

Агенты-солдат. Агенты-солдаты действуют внутри охраняемого объекта, и их целями является обнаружение нарушителей, уже проникнувших на объект, и их устранение. Агент-солдат получает

203

сообщение о обнаружении нарушителя в заданном квадрате от датчиков или других агентов в случае необходимости оказания помощи при устранении нарушителя. Действия агента-солдата описываются методами соответствующего класса «Агент-солдат» – метод, реализующий «погоню» солдата за нарушителем, метод вызова помощи других агентов-солдат, метод, реализующий устранение нарушителя солдатом, и т.д. Кроме того, если нарушитель сам оказался достаточно близко от солдата, то он автоматически считается обнаруженным и солдат приступает к его устранению. В зависимости от величины боевого навыка солдат способен либо обезвредить нарушителя, либо сам оказаться обезвреженным. В случае вывода солдата из строя к нему направляется агент-реаниматор.

Агент-реаниматор. Агенты-реаниматоры действуют на территории охраняемого объекта и их целями является реанимация любых составляющих ТСО, в том числе агентов-солдат и прочих агентов-реаниматоров. Для агентов-реаниматоров установлено, что они могут обнаруживать нарушителей, но не имеют боевых навыков. Их деятельность направлена только на оказание помощи объектам и субъектам системы.

Агент-реаниматор реагирует на событие, связанное с изменением значения атрибута «состояние» на «выведен из строя нарушителем» у любого объекта охраняемой территории или сообщения об изменении здоровья у агентов-солдат. При этом агент-реаниматор пытается по очереди обойти все подобные объекты, начиная с самого ближайшего. Действия агента описываются методами соответствующего класса и реализуют его передвижение к объекту, которому необходима помощь и процесс реанимации.

После определения модели окружения МАС и задания агентов необходимо задать величины параметров моделирования, которые относятся как к объектам ПрО, так и к агентам в ней функционирующим, и как следствие – характеризуют всю модель в целом. Так, при построении прототипа МАС управления силами и средствами объектовой охраны в качестве параметров рассматриваются объекты ТСО, характеристики агентов нарушителей, агентовсолдат и агентов-реаниматоров, представленные в табл. 16.

В рассматриваемом прототипе агенты-нарушители могут связываться с агентами-нарушителями для обеспечения гарантированно-

204

го проникновения на объект, а также с агентами-солдатами для передачи информации о возможности «подкупа» агента-солдата. В свою очередь, агенты-солдаты могут организовать массовую погоню за агентами-нарушителями, а также просить помощи у агентовреаниматоров. Агенты-реаниматоры могут связываться между собой и с агентами-солдатами с целью наиболее эффективной помощи друг другу.

205

Модель взаимодействия в таком случае аналогична описанной выше модели прототипа МАС для решения задач контроля состояния химически опасных объектов города. Общее определение протокола взаимодействия состоит из такого же набора атрибутов (примеры протоколов взаимодействия представлены в табл.17):

∙назначение: краткое описание смысла взаимодействия;

∙инициатор: роль, ответственная за начало взаимодействия;

∙респондент: роль(и), с которой(ыми) осуществляется взаимодействие;

Таблица 17

206

∙входы: информация, используемая инициатором для начала взаимодействия;

∙выходы: информация, предоставляемая респондентом в ходе взаимодействия.

Архитектура прототипа МАС системы управления силами и средствами объектовой охраны. Архитектура прототипа МАС системы управления силами и средствами объектовой охраны и его компонентов построена на основе архитектур, предоставляемых инструментальной средой ИМВИА с учетом особенностей ПрО и решаемой задачи (раздел 2.2.2), и является аналогичной по своей структуре архитектуре прототипа МАС для решения задач контроля состояния химически опасных объектов города Москвы (см. рис. 48), за исключением типов самих интеллектуальных агентов.

Рассмотрим основные компоненты архитектуры:

∙Подсистема генерации событий проблемной области отве-

чает за моделирование изменений, происходящих в ПрО (моделирует динамику ПрО). Сюда входит моделирование показаний технических средств охраны на контролируемом объекте.

∙Подсистема трассировки отвечает за сбор информации о событиях, происходящих в прототипе, за ведение статистики и трассировки этих событий.

∙Подсистема взаимодействия с пользователем реализует ин-

терфейс пользователя с системой и предназначена для выполнения таких основных задач, как добавление и удаление в системе датчиков и других технических средств охраны, изменение характеристик агентов-солдат, агентов-нарушителей и агентов-реаниматоров, изменение других параметров системы и отображение результатов моделирования.

∙Прототип МАС реализует непосредственно саму многоагентную систему, в которой существует множество интеллектуальных агентов, предназначенных для решения соответствующих им задач (агентов-нарушителей, агентов-солдат, агентовреаниматоров). Отдельно выделяется реактивный агент, называемый сервер имен агентов, который отвечает за регистрацию/анрегистрацию прочих агентов и за доставку сообщений конкретным агентам. Архитектура интеллектуального агента разрабо-

207

тана в соответствии с базисной архитектурой среды ИМВИА [28], [29] и состоит из следующих основных компонентов: модель ПрО; рефлектор; компонент вывода; планировщик; исполнительная подсистема; подсистема обработки сообщений; база целей; база планов; база действий.

Рефлектор воспринимает события, происходящие в окружении агента, либо принимает сообщения от других агентов с использованием подсистемы обработки сообщений. Также рефлектор меняет модель ПрО агента в соответствии с произошедшем событием и

сучетом помех при восприятии. При этом события, воспринимаемые рефлектором, могут быть трех различных типов, а именно: изменение состояния окружения, задачи других агентов и результаты выполнения действий.

Изменения ПрО агента передаются на вход компоненту вывода для выбора новых целей из базы целей. При получении информации о задачах других агентов эта информация передается планировщику для корректировки последовательности собственных действий. Результаты выполнения действий используются для корректировки модели ПрО агента, не вызывая никаких дополнительных действий.

Компонент вывода агента на основе модели ПрО и базы целей, определяет, какие цели агенту требуется достичь в настоящий момент. Выделенные цели передаются на вход планировщику, который, используя информацию из базы планов и базы действий агента, формирует расписание действий агента и передает его исполнительной подсистеме.

Исполнительная подсистема либо непосредственно выполняет действия агента в ПрО, либо отправляет сообщения другим агентам

спомощью подсистемы обработки сообщений. Для отправки, приема и обработки сообщений используется транспортная подсистема. В состав транспортной подсистемы включаются средства передачи сообщений. Средства передачи сообщений определяют координаты сервера имен агента и передают отправляемое сообщение ему. Сервер имен агентов определяет координаты получателя сообщения (на основании регистрационных записей) и передает сообщение непосредственно получателю.

208

На рис. 54 представлена архитектура планировщика. Компонент «менеджер задач» на основе активных целей агента определяет последовательность задач, которые агенту необходимо решить, в соответствии с чем для каждой цели раскрываются все квантифицированные параметры, и каждая задача из последовательности задач данной цели, параметры которой означены значениями параметров из получившегося набора, помещается в список задач.

Компонент «составитель планов» для каждой задачи в списке зарегистрированных задач на основе базы планов строит предварительное расписание выполнения.

Предварительный план выполнения передается компоненту «составитель расписания», который определяет прогнозируемое время окончания выполнения для каждой задачи.

Информация о предварительном расписании передается другим агентам с помощью компонента «координатор». Если приходит сообщение о возможности решения задачи другим агентом, то координатор проверяет прогнозируемое время окончания работы у другого агента. В том случае, если другой агент выполняет ту же самую задачу раньше, задача убирается из очереди на исполнение данным агентом.

Окончательное расписание действий агента помещается в очередь на исполнение.

Тест-пример работы прототипа. При моделировании компо-

нентов прототипа МАС использовались следующие классы объектов (рис. 55): центральная подстанция (SUB-ES); энергоблок (RAYEB); трансмиттер (RAY-TRANSMITTER); ресивер (RAYRECEIVER); секретная точка объекта (SECRET POINT); зона дислокации нарушителей.

209

Набор объектов и отношений ПрО, использованных при моделировании в среде ИМВИА, включал пять ресиверов, пять трансмиттеров, каждый ресивер соединен с одним трансмиттером отношением «луч»; пять энергоблоков, одну центральную подстанцию; каждый энергоблок был соединен с одним ресивером, одним трансмиттером и центральной подстанцией отношением «кабель»; две секретные точки и четыре зоны дислокации нарушителей. Данная модель, реализованная с использованием графических средств системы G2, показана на рис. 56.

На рис. 56 четыре треугольника, расположенные по периметру, обозначают зоны дислокации нарушителей, квадраты с подписями ЭБ-1, ЭБ-2, ЭБ-3, ЭБ-4 и ЭБ-5 обозначают энергоблоки, а линии – кабели, соединяющие энергоблоки с центральной подстанцией, трансмиттерами и ресиверами. Ресивер обозначается закрашенным кружочком, трансмиттер – не закрашенным. Лучи, опоясывающие территорию охраняемого объекта, обозначены специальными линиями. Секретные точки обозначены прямоугольниками с буквами «S» в центре.

Рис. 55. Иерархия классов, определенных в G2

210