CC BY
77
_________________________________ © М.А. Приходько, Н.И. Федунец,
2010
М.А. Приходько, Н.И. Федунец
ПРОБЛЕМЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОНКУРИРУЮЩИХ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ АГЕНТОВ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ МУЛЬТИАГЕНТНЫХ СИСТЕМАХ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Рассмотрены проблемы взаимодействия конкурирующих интеллектуальных агентов в распределенных мультиагентных системах обработки информации. Приводятся основные проблемы и задачи. Рассматривается возможность применения теории распределенных самоорганизующихся мультиагентных систем обработки информации для решения этих задач.
Ключевые слова: обработка информации, система обработки информации, мальтиагентная система, распределенная система, агент, контрагент, интеллектуальные агент, конкурирующие агенты.
Современное состояние общества характеризуется процессом информатизации, затрагивающим практически все сферы деятельности человека. Вслед за периодом локальной компьютеризации наступила эра создания корпоративных информационных систем, эра распределенных систем. Сложность этого этапа заключена в том, что автоматический перенос хорошо зарекомендовавших себя решений в области локальной информатизации на распределенные системы зачастую приводит к плачевным результатам. Требуется выработка новых решений, поиск новых подходов, создание новых технологий.
Распределенные системы - бурно развивающееся направление информационных технологий, которое до сих пор является достаточно молодым, и поэтому по-прежнему несет в себе нерешенным целый ряд серьезных задач. Различные исследователи тематики проектирования и разработки распределенных систем или организации распределенных вычислений акцентируют свое внимание на разных аспектах, но среди всевозможных мнений можно выделить три основные проблемы, характерные именно для распределенных систем в целом, а не только для конкретных решаемых задач:
• Надежность;
• Диагностика;
• Безопасность.
Так или иначе, большая часть исследований посвящена решению одной из приведенных выше проблем (или какого-то из аспектов проблемы), которые, конечно же, гораздо более глубоки и сложны, чем их односложные описания. Детальный анализ показывает, что можно сформулировать следующие задачи, решение которых имеет не только практическую, но и теоретическую ценность:
• запоминание структуры распределенной сети (сохранение структуры);
• запоминание согласованного глобального состояния (резервное копирование);
• обновление и тестирование программного обеспечения распределенной системы (обновление);
• мониторинг текущего состояния (мониторинг);
• оперативное управление (администрирование);
• обмен информацией между узлами (коммуникация);
• безопасность распределенной системы в целом (распределенная безопасность);
• фильтрация нежелательной информации (антиспам).
Отдельный интерес представляет новое направление распределенных систем - так называемые грид-системы. Грид - согласованная, открытая и стандартизованная компьютерная среда, которая обеспечивает гибкое, безопасное, скоординированное разделение вычислительных ресурсов и ресурсов хранения информации, которые являются частью этой среды, в рамках одной виртуальной организации. Создание грид - нетривиальная задача, требующая, в частности, решения проблем взаимодействия, управления, обнаружения вычислительных узлов.
Говоря о распределенных системах, можно сказать, что в целом обработка информации - тема, актуальная сегодня как никогда. Приведем в доказательство всего несколько фактов на примере одной из наиболее ярких распределенных систем современности -сети Интернет:
• темпы роста Интернет-трафика последние два года превышают 60% (61% в 2008 году и 79% в 2009 году);
• объем информации в сети Интернет увеличивается с каждым годом в геометрической прогрессии;
• увеличивается доля «сложной» для обработки информации: звуковой, графической, видео;
• доля спама в почтовой информации: свыше 90%.
Налицо необходимость создания теории и методов обработки разнородной информации в условиях конфликтного взаимодействия разнотипных контрагентов, приводящих к нарушению информационных процессов в распределенных мультиагентных системах обработки информации. Здесь под контрагентами понимаются любые информационные процессы, нарушающие нормальное функционирование распределенной системы обработки информации. В основу теории может быть положено распознавание переходных процессов, вызванных изменением характера и объема обрабатываемой информации, в мультиагентных информационных системах и выработка управляющих воздействий, приводящих к самоорганизации агентов или преобразованию природы контрагентов на базе теории самоорганизующихся и адаптивных систем. В дальнейшем мы покажем, что практически все наиболее насущные проблемы современных распределенных систем могут быть описаны в терминах конфликтного мультиагентного взаимодействия интеллектуальных агентов, что подтверждает обоснованность выбранного подхода.
Рассмотрим подробнее каждую из затронутых проблем с точки зрения использования мультиагентных самоорганизующихся адаптивных систем обработки информации для их решения.
Обновление программного обеспечения распределенной системы (обновление) может трактоваться как один из случаев конфликтного взаимодействия интеллектуальных агентов. Обновляемое (устаревшее) программное обеспечение - это контрагент, некоторый элементарный процесс обработки информации, функционирующий ненадлежащим образом в рамках новой, изменившейся внешней среды. Новое программное обеспечение - это агент, которым производится замещение контрагента. Оптимальная стратегия доставки агентов до необходимых узлов распределенной системы, определение этих узлов, а также замещение контрагентов - одна из задач, решаемых в рамках Теории распределенных самоорганизующихся мультиагентных систем обработки информации. Проблема обновления программного обеспечения -один из вариантов двухагентного взаимодействия, когда контрагент не осуществляет сопротивление замещению, легко обнару-
живаем (в том числе активными способами), не осуществляет са-морепликацию вовсе, либо ее характер заранее известен.
Запоминание структуры распределенной системы (сохранение структуры) может осуществляться с помощью распределенной самоорганизующейся мультиагентной подсистемы управления распределенной системой. Возникновение конфликтных ситуаций возможно в случае динамического изменения структуры распределенной системы. В этом случае возникают негативные процессы -контрагенты - двух видов: появление новых, ранее не учтенных узлов в распределенной системе и, наоборот, исчезновение сохраненных узлов. В качестве агентов выступают процессы самоорганизующейся распределенной подсистемы управления, исключающие возникающие противоречия с помощью обновления сохраненной структуры распределенной системы.
Задача сохранения структуры распределенной сети может рассматриваться как один из вариантов трехагентного взаимодействия, когда контрагенты не осуществляют сопротивление замещению, легко обнаруживаемы (в том числе активными способами), не осуществляют саморепликацию, не подавляют агенты.
Запоминание согласованного глобального состояния распределенной сети (резервное копирование) - задача, во многом схожая с рассмотренной выше проблемой сохранения структуры распределенной системы. Однако, здесь есть и один осложняющий все фактор. Речь идет о необходимости не просто сохранения структуры распределенной системы, но и о сохранении согласованного глобального состояния, позволяющего произвести восстановление работоспособной системы в целом. Поставленная задача подразумевает произведение сохранения состояния системы «между транзакциями», то есть когда все сообщения между узлами получены, и в каналах связи нет необработанных сообщений. В данном случае в роли контрагентов будут выступать попытки отправки сообщений в ходе резервного копирования, которые будет необходимо подавить с помощью агентов (с последующей отправкой после успешного завершения сохранения согласованного глобального состояния). Проблема запоминания согласованного глобального состояния распределенной системы может рассматриваться как один из вариантов двухагентного взаимодействия, когда контрагент возможно осуществляет сопротивление замещению, осуществляет саморепликацию неизвестной природы, не подавляет
агентов, вероятно осуществляет порождение контрагентов иных видов (переход в мультиагентное взаимодействие).
Мониторинг текущего состояния распределенной сети особо осложняется в тех случаях, когда структура сети изменяется динамически, как, например, это происходит в грид-системах. Непосредственно мониторинг оказывается в этом случае неразрывно связанным с задачей определения и запоминания текущей структуры распределенной системы. Причем для эффективного мониторинга недостаточно просто знать текущую структуру распределенной системы, но и необходимо иметь инструменты для оперативного изменения структуры элементов системы мониторинга.
Задачу мониторинга распределенных систем динамической структуры с точки зрения Теории распределенных самоорганизующихся мультиагентных систем обработки информации можно также сформулировать в терминах мультиагентного конфликтного взаимодействия интеллектуальных агентов. В данном случае в качестве контрагентов могут рассматриваться два процесса - исчезновение ранее обнаруженных узлов (отсутствие диагностических сообщений, подтверждающих их активность) и обнаружение новых узлов, не отвечающих на диагностические запросы об их состоянии. В качестве агентов выступают процессы самоорганизующейся распределенной системы мониторинга, вовлекающие вновь обнаруженные узлы в единую сеть, а также исключающие ранее отсеченные узлы. Мониторинг распределенной сети может рассматриваться как один из вариантов трехагентного взаимодействия, когда контрагенты не осуществляют сопротивление замещению, легко обнаруживаемы (в том числе активными способами), не осуществляют саморепликацию, не подавляют агенты.
Оперативное управление (администрирование) узлами распределенной системы, а также функционированием всей распределенной системы в целом - задача, во многом похожая на обновление программного обеспечения и тесно связанная с определением множества узлов распределенной системы, на которые распространяется выбранное управление, а также оперативным распространением управляющего воздействия. Процессы, функционирующие ненадлежащим образом, составляют множество разнотипных контрагентов, в общем случае многомерное. В роли агентов выступает управляющее (администрирующее) воздействие. Оптимальная стратегия осуществления управляющего воздействия на необходи-
мые узлы распределенной системы, определение этих узлов, а также построение самоорганизующейся мультиагентной системы оперативного управления распределенной системой - задача, решаемая в рамках Теории распределенных самоорганизующихся мультиагентных систем обработки информации. Проблема оперативного управления - один из вариантов двухагентного (реже муль-тиагентного) взаимодействия, когда контрагент не осуществляет сопротивление замещению, легко обнаруживаем (в том числе активными способами), не осуществляет саморепликацию вовсе, либо ее характер заранее известен, не вытесняет управляющие агенты.
Обмен информацией (коммуникация) между узлами распределенной системы - актуальная задача, требующая своего решения. Эффективный обмен сообщениями вряд ли возможен без построения распределенной коммуникационной подсети, осуществляющей связь произвольного узла с другим узлом в условиях отсутствия информации о структуре распределенной сети у каждого конкретного узла. Данная система может быть построена как мультиагент-ная самоорганизующаяся распределенная система. Ситуации конфликтного взаимодействия интеллектуальных агентов возникают в такой системе вследствие процессов внутрисистемной трансформации, когда ранее нормально функционирующие агенты трансформируются в контрагенты, и возникает задача нормализации информационных процессов в коммуникационной подсети. Такие ситуации могут быть связаны с изменением структуры самой распределенной системы, что вызывает нарушения в выполнении коммуникационных функций.
Безопасность распределенной системы, очевидно, недостаточно отождествлять с безопасностью каждого конкретного узла, а необходимо рассматривать в целом как вопрос безопасности распределенной сетевой структуры. Распределенная система, как и любая иная сетевая структура, подвержена вирусным эпидемиям. Защита распределенных сетевых структур от вирусных эпидемий -один из вариантов конфликтного мультиагентного взаимодействия конкурирующих интеллектуальных агентов, рассматриваемых в Теории распределенных самоорганизующихся мультиагентных систем обработки информации. Вирусы, распространяющиеся в ходе вирусной эпидемии, а также последствия их распространения - это контрагенты, многомерное множество разнотипных элемен-
тарных процессов обработки информации, функционирующих ненадлежащим образом или вовсе нарушающих функционирование распределенной системы. В качестве агентов в данном случае выступают самоорганизующиеся интеллектуальные агенты, деятельность которых направлена на нормализацию функционирования информационных процессов, блокирование вирусной эпидемии и дальнейшее уничтожение обнаруженных контрагентов (в том числе непосредственно вирусов). Задача обеспечения безопасности распределенной системы в условиях распространения вирусной эпидемии - один из вариантов мультиагентного взаимодействия, когда контрагент, возможно, осуществляет сопротивление замещению, осуществляет саморепликацию, в том числе неизвестного характера, порождает контрагенты иных типов, а также в некоторых случаях осуществляет вытеснение уязвимых агентов.
Фильтрация нежелательной информации (антиспам) - проблема, острота которой в последнее время нарастает с каждым годом. Распределенные самоорганизующиеся мультиагентные системы обработки информации могут применяться для построение антиспам-фильтров в глобальном понимании как фильтров любой нежелательной информации в распределенных системах. В этом случае в роли контрагентов будут выступать информационные потоки нежелательной информации, а в роли агентов будут выступать инструменты фильтрации и блокирования нежелательных информационных потоков. В общем случае задача будет сводиться к мультиагентному конфликтному взаимодействию множества контрагентов различных типов в условиях порождения контрагентов новых типов, сложного обнаружения контрагентов, отсутствия сопротивления вытеснению, а также возможной саморепликации неизвестного характера.
Таким образом, налицо возможность применения Теории распределенных самоорганизующихся мультиагентных систем обработки информации к решению большинства самых насущных теоретических и практических проблем распределенных систем, проистекающих из особенностей их архитектуры.
Перейдем теперь к особенностям обрабатываемой информации. Как известно, ценность хорошего шифра не в том, что его совершенно нельзя «взломать», а в том, что на это потребуется очень много времени. Время, требуемое для решения поставленных за-
дач, становится одним из критических факторов в современном мире. «Стационарные» модели обработки информации все больше уступают место моделям «динамическим», или потоковым. Мы уже не скачиваем файлы, а слушаем аудио и смотрим видео через сеть Интернет. Точно так же мы требуем от современных информационных систем умения обрабатывать потоковую информацию мгновенно, «на лету».
Проблема очевидна - непредсказуемое изменение характера и объема потоков обрабатываемой информации. Изменяющиеся потоки входящей информации создают негативные изменения в информационных процессах, протекающих в распределенной системе обработки информации. Эти негативные процессы - контрагенты -могут носить различный конкретный характер - от недостаточно быстрой обработки информации вплоть до ошибочной обработки. В случае сложной взаимосвязи внутренних информационных потоков возможно лавинообразное самопорождение новых контрагентов. Возникает задача изменения конфигурации распределенной системы обработки информации для приведения ее в соответствие с изменившейся структурой обрабатываемой информации. Изменение конфигурации может происходить как количественно - в виде перенаправления информационных потоков на узлы со свободными ресурсами, так и качественно - в виде изменения качественной структуры узлов распределенной системы. Управляющее воздействие в данном случае осуществляется с помощью агентов, осуществляющих реорганизацию структуры распределенной сети. А сама задача сводится к мультиагентному конфликтному взаимодействию множества контрагентов различных типов в условиях порождения (в том числе лавинообразного) контрагентов новых типов, сложного обнаружения контрагентов, отсутствия сопротивления замещению, а также возможной саморепликации неизвестного характера и отсутствия вытеснения агентов.
Подводя итог, можно выделить четыре основных направления развития распределенных информационных систем будущего:
• дальнейшее увеличение масштабов распределенных информационных систем вплоть до охвата всего Земного шара;
• дальнейшее увеличение доли сложной для обработки мультимедийной информации и ее преобладание в информационном потоке;
• переход от стационарной к потоковой модели обработки информационных потоков - обработка «информации» на лету;
• трансформация распределенных систем в распределенно-облачные системы.
И в каждом из этих направлений для решения тех или иных задач может найти свое применение Теория распределенных самоорганизующихся мультиагентных систем обработки информации.
I ^ ^ Г=1
— Коротко об авторах --------------------------------------------------
Приходько М.А. - докторант, доцент кафедры Автоматизированные системы управления, кандидат физико-математических наук, e-mail spex19@mail.ru
Федунец Н.И. - заведующий кафедрой Автоматизированные системы управления, профессор, доктор технических наук, e-mail msmu_asu@mail.ru
Московский государственный горный университет,
Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru
A
