< индекс---содержание № 6---след. статья в № 6---след. в рубрике >
УДК 519.876.5
МОДЕЛИРОВАНИЕ ДИНАМИКИ ПОТОКОВ В МНОГОАГЕНТНЫХ СИСТЕМАХ
Е Г. Радченко, С.А. Юдицкий
Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова, г. Москва
Рассмотрены модели движения потоков (финансовых, информационных, материальных и др.) в сложных системах, состоящих из множества частей-агентов, взаимодействующих между собой и с внешней средой. Предложены методы обобщенного и детального моделирования внутренней динамики многоагентных систем, опирающиеся на применение специального формального аппарата (алгебры потокособытий, индикаторных функций, матричных деревьев, сетей Петри и графов операций), и способ графического описания результатов моделирования динамики потоков.
Хорошо организованные сложные системы в самых различных предметных областях представляют собой совокупность согласованно функционирующих подсистем (частей, блоков), обладающих достаточной степенью автономности и вступающих во взаимодействие между собой и с внешней средой. Подсистема имеет входные каналы, на которые поступают ресурсы (финансовые, информационные, материальные, энергетические, человеческие и др.), и выходные каналы, выдающие результаты ее работы (продукцию). Преобразование ресурсов в продукцию осуществляется посредством согласованной деятельности исполнителей – (людей и (или) машин.
За подсистемами с такими свойствами закрепилось наименование “агент”, а соответствующие системы называют многоагентными (МС). Типичным примером МС служат организационные системы, в которых различают вертикальные и горизонтальные взаимодействия агентов. При вертикальных взаимодействиях от вышестоящего (управляющего) агента к нижестоящему (управляемому) агенту передаются распоряжения, указания, задания, а от нижестоящего к вышестоящему – отчеты, сводки и т. д. При горизонтальных взаимодействиях между агентами одного уровня распределяются ресурсы, передаются полуфабрикаты и продукция.
При моделировании поведения МС через каналы межагентного взаимодействия передаются потоки данных, причем эта передача производится дискретно, порциями, которые будем называть элементами потока (ЭП). Функция канала заключается в перемещении этих элементов (по принципу очереди) и одновременном их накоплении (организации заделов).
Движение ЭП при межагентных взаимодействиях, а также при взаимодействиях системы со средой определяет внешнюю динамику МС, а движение ЭП внутри агентов – её внутреннюю динамику. Внешняя динамика МС моделируется известными методами теории массового обслуживания и в настоящей статье не рассматривается. Предметом статьи является внутренняя динамика МС, т. е. внутриагентные взаимодействия ЭП. Предлагается исследовать эти взаимодействия в рамках структурной модели агента – триадной потоковой схемы [1, 2], состоящей из трех взаимодействующих блоков, отображающих, соответственно, движение ЭП, управление потоками и коррекцию управления потоками при нештатных ситуациях.
В статье рассмотрены два подхода к моделированию внутренней динамики МС – обобщенный (“грубый”) и детальный (“тонкий”), причем обобщенное моделирование, как правило, предшествует детальному. При обобщенном моделировании наблюдается количество ЭП, “пропущенных” через агент, выражаемое целочисленной неотрицательной переменной. При детальном моделировании каждому потоку в агенте сопоставляется определенный набор признаков – атрибутов, а каждый ЭП проходит через несколько последовательных состояний, образующих его “жизненный цикл”. Состоянию приписываются конкретные значения набора атрибутов, которые наблюдаются при моделировании.
Обобщенное моделирование внутренней динамики МС базируется на введенном в работе формальном аппарате – алгебре потокособытий, детальное моделирование – на аппарате матричных деревьев. Кроме того, при обоих подходах используется модификация булевых функций – индикаторные функции, и графы операций [3] – сети Петри [4, 5], “нагруженные” индикаторными функциями. Результат детального моделирования состоит в графическом описании маршрутов движения ЭП (с переходом от агента к агенту) в виде конвейерно-временной диаграммы [6].
На основе положений данной статьи разработана технология имитационного моделирования динамики потоков в МС, поддерживаемая программными средствами.
В соответствии с тенденцией развития системного анализа и программирования, заключающейся в применении процессно-ориентированного (структурного) и объектно ориентированного подходов, оба этих направления актуальны и при моделировании динамики потоков в многоагентных системах. При структурном подходе [1, 2, 9] составляется “потоковый сценарий”, отображающий иерархию процессов, протекающих в системе, на основе языковых средств SADT (технологии структурного анализа и проектирования [10]) и расширений SADT [8].
Возможны два варианта потокового моделирования по SADT-сценарию. При первом варианте терминальные процессы сценария сопоставляются агентам и устанавливаются межагентные потоковые связи, для каждого агента строится триадная схема и моделируется динамика потоков в агентах (и в системе в целом) на основе методологии, изложенной в настоящей статье. При втором варианте построение триадной схемы и моделирование выполняются на каждом уровне SADT-сценария, с внесением корректив в описания процессов нижестоящего уровня.
Оба варианта структурного потокового моделирования порождают каждый свои трудности. При первом варианте это сложность (и недостаточная “прозрачность”) структуры, составленной из “терминальных” агентов. При втором варианте – многократное повторение цикла моделирования.
При объектно ориентированном подходе к потоковому моделированию многоагентных систем агенты сопоставляются не виртуальным, а реальным целостным частям системы. Это позволяет разумно ограничить размерность системы и моделировать её однократно.
Предложенные в статье модели и методы “работают” как при процессо, так и при объектно ориентированном подходе, однако более перспективным (применительно к сложным системам) представляется второй из них. В рамках объектно ориентированного подхода авторы проводят типизацию и составление библиотеки динамических моделей агентов, а также программных средств для моделирования динамики потоков в многоагентных организационных системах.
1. Юдицкий С.А., Радченко Е.Г. Моделирование движения потоков при предпроектном анализе сложных систем // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2003. – № 9.
2. Юдицкий С.А., Радченко Е.Г. Построение потоковых моделей многоагентных иерархических систем// Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2004. – № 2.
3. Юдицкий С.А., Магергут В.З. Логическое управление дискретными процессами. – М.: Машиностроение, 1987.
4. Питерсон Дж. Теория сетей Петри и моделирование систем. – М.: Мир, 1984.
5. Котов В.Е. Сети Петри. – М.: Наука, 1984.
6. Юдицкий С.А. Сценарный подход к моделированию поведения бизнес-систем. – М.: Синтег, 2001.
7. Глушков В.М. Синтез цифровых автоматов. – М.: Физматгиз, 1962.
8. Юдицкий С.А., Радченко Е.Г. Алгебра потокособытий и сети Петри – язык потокового моделирования многоагентных иерархических систем // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. – 2004. – № 9. – С. 61–66.
9. Юдицкий С.А., Владиславлев П.Н. Основы предпроектного анализа организационных систем. – М.: Финансы и статистика, 2004.
10. Марка Д., Мак-Гоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. – М.: Метатехнология, 1993.
( (095) 334-87-61
E-mail: super_agent_007@rambler.ru