Введение к работе
Актуальность темы исследований. Вопрос защиты имущества организаций или частных лиц от несажционированного доступа посторонних, к сожалению, не теряет своей актуальности. В настоящее время развитие современных технических средств позволяет существенно повысить защищенность различных объектов. Практика применения автоматизированных систем контроля доступа (СКД) в последние пятнадцать лет получила широкое распространение. Такие системы применяются как на объектах особой важности - в государственных учреждениях, электростанциях, аэропортах, хранилищах, так и на автомобильных стоянках, в магазинах, жилых домах и т.д. Система контроля доступа представляет собой программно-аппаратный комплекс, основной задачей которого является предотвращение доступа нежелательных лиц в контролируемую зону, а в случае если это произошло -незамедлительное оповещение о данном факте. При этом СКД позволяет посредством электронных ключей (магнитных карт, радиокарт и др.) ограничить доступ посторонних лиц на территорию. Программное обеспечение, входящее в состав системы, выполняет функции обеспечения безопасности (ОБ) при возникновении чрезвычайной ситуации.
Развитие индустрии безопасности в сочетании с быстрым ростом технических средств ее обеспечения привело к появлению большого количества средств, повышающих степень защищенности объекта. К таким средствам относятся: системы охранно-пожарной сигнализации (ОПС); системы видеонаблюдения; системы контроля доступа; системы ограничения доступа и учета автотранспорта.
Эти средства в отдельности решают свои конкретные задачи, а в совокупности обеспечивают комплексную безопасность объекта. Зачастую данные системы разрабатываются различными производителями и не являются в полной мере совместимыми друг с другом. Тогда, например, событие, зарегистрированное в одной системе, не будет зарегистрировано в другой. Вследствие этого типовая задача может вызвать технические сложности. Проблемы, возникающие в связи с разобщенностью систем обеспечения безопасности, привели к осознанию актуальности и практической ценности создания интегрированных систем. Разработка подобных интегрированных систем контроля доступа и обеспечения безопасности (СКД и ОБ) предполагает решение ряда фундаментальных теоретических и прикладных проблем, которые рассматриваются в диссертации.
В диссертационной работе предлагается новое решение важной задачи разработки математического обеспечения сложных, интегрированных программных комплексов и компьютерных сетей (на примере построения СКД и ОБ), которая имеет существенное значение для расширения возможностей компьютерных систем поддержки принятия решений в условиях неполной, противоречивой и пересматриваемой информации, повышения эффективности процессов обработки данных и знаний в компьютерных системах. В диссертации СКД и ОБ моделируется как многоуровневая распределенная система, состоящая из автономных модулей. В связи с этим предлагается агентно-ориентированный подход к ее построению. Среди наиболее известных работ в области теории агентов и многоагентных систем следует отметить публикации К.Хьюитта, М.Вулдриджа, И-Демазо, Н.Дженнингса, Д.Кини, П.Маэс, Ж.Фербе, И.Шоэма, В.ИГородецкого, И.В.Котенко, Д.АЛоспелова, П.О.Скобелева, А.В.Смирнова, В.Б.Тарасова, В.Ф.Хорошевского и др.
Основное содержание диссертационной работы связано с разработкой моделей, методов и программного обеспечения для поддержки принятия решений в СКД и ОБ. Общие проблемы построения систем поддержки принятия решений рассмотрены в монографиях О.М.Ларичева, А.И.Тихонова, и В.Я.Цветкова, Э.А.Трахтенгерца и др., а конкретные примеры разработки таких систем даны в работах А.А.Башлыкова, В.Н.Вагина, П.Еремеева, КБ.Фоминых и др.
В работе используется логический аппарат моделирования неполной и противоречивой информации в СКД и ОБ, опирающийся на методы многозначной логики (логическую семантику Данна-Белнапа, логические матрицы Тарского-Лукасевича, вывод по аналитическим таблицам Смаллиана). Большой вклад в развитие многозначных логик внесли Я. Лукасевич, Ч.Пирс, Э. Пост, ДА. Бочвар, X. фон Вригт, А. Гейтинг, С.К. Клини, Р.Мак-Нотон, Н. Решер, Н. Белнап, М.Гинсберг, М.Фиттинг, А.В.Кузнецоз, С.В.Яблонский, ВЖ. Финн, ОМ.Аншаков, А.С.Карпенко, и др. Логическим средствам в ИИ посвящены монографии В.Н.Вагина и др., Дж.Минкера, А.Тейза и др., Э.Тернера, а логическим подходам к разработке автономных агентов и многоагентных систем - работы Дж.Аллена, М.К.Валиева, М.Дженесерета, М.Джорджефа, К.Конолиге, П.Коэна, А.Левека, Дж.Мозеса, А.Рг о, Г.С.Плесневича, Р.Фагина, Дж.Халперна, и др.
Объектом исследования являются распределенные системы контроля доступа и обеспечения безопасности, разрабатываемые как многоагентные системы (МАС).
Предмет исследования составляют модели мнений и оценок автономных агентов, а также методы представления взаимодействий (диалога) между агентами на основе многозначных логик.
Целью диссертационной работы является разработка моделей, методов и программного обеспечения для поддержки принятия решения В интегрированных системах контроля доступа и обеспечения безопасности на основе агентно-ориентированного подхода и многозначных логик.
Отличительной особенностью предлагаемого подхода является реализация требования распределенности системы и применение логических методов искусственного интеллекта при описании встречаемых в процессе работы системы неопределенностей и при разрешении возникающих
конфликтов.
В диссертационной работе решаются следующие основные задачи: 1) обоснование целесообразности разработки интегрированной системы контроля доступа и обеспечения безопасности и ее построение как системы с распределенной архитектурой;
2) разработка агентно-ориентированного подхода к построению систем СКД и ОБ, включая разработку конкретной многоагентной архитектуры для СКД и ОБ, построение архитектуры и реализация отдельных агентов;
3) формирование интегральной модели мнений агента, включающей истинностные суждения и модальные оценки, описания и предписания;
4) анализ факторов неопределенности, неполноты, противоречивости информации, циркулирующей в СКД и ОБ; обзор логических методов формализации подобной информации;
5) построение логико-алгебраических моделей мнений и взаимодействий агентов на основе теории решеток и многозначных логик;
6) разработка программной архитектуры СКД и ОБ и средств порождения новых агентов и объектов системы с помощью методов шаблонно-ориентированного и синтезирующего программирования.
Методы исследования. В диссертации использованы методы теории множеств и теории решеток, математической логики и теории программирования, теории агентов и многоагентных систем.
Достоверность научных результатов подтверждена теоретическими выкладками, данными компьютерного моделирования, а также сравнением полученных результатов с результатами, приведенными в научной литературе, положительными результатами внедрения разработанной системы sPARK.
Научная новизна работы заключается в разработке логико-математического аппарата для представления мнений автономных агентов, формализации модальных оценок и разрешения конфликтов в многоагентной системе на базе произведения логик. В диссертации предложена интегральная модель мнения агента, включающая компоненты истинностных суждений и модальных оценок, построена новая логическая структура для унифицированного анализа различных систем модальностей. Данная структура опирается на понятие биупорядоченного множества.
Новыми в диссертации являются:
1) распределенная модель СКД и ОБ на основе агентно-ориентированного подхода;
2) конкретная многоагентиая архитектура СКД и ОБ, а также гибридная архитектура искусственного агента, сочетающая различные функционально-структурные компоненты индивидуальных и коллективных агентов;
3) интегральная модель мнения автономного агента как единства описаний и предписаний, истинностных суждений и модальных оценок;
4) метод двухкоординатного представления систем модальностей и их формализации с помощью биупорядоченных множеств;
5) логико-математический аппарат (четырехзначная логика ML , шестнадцатизначная логика ML для описания мнений, формализации модальностей, моделирования диалога, разрешения конфликтов в МАС на базе произведений логик.
Практическая ценность работы определяется широким распространением систем класса СКД и ОБ и связана с разработкой методов, алгоритмов и программных средств поддержки принятия решения в СКД и ОБ. Она подтверждается результатами использования предложенных моделей и методов в разработанной интегрированной системе контроля платного доступа и учета автотранспорта sPARK. Применение предложенной в работе распределенной архитектуры СКД и ОБ и алгоритмов принятия решения о доступе на территорию в составе системы sPARK позволило повысить качество контроля, уровень безопасности, эффективность управления транспортными потоками благодаря росту устойчивости системы к нештатным ситуациям. Практическая ценность разработанных моделей анализа неточной и противоречивой информации и алгоритмов разрешения конфликтов в MAC заключается в том, что их применение возможно не только в СКД и ОБ, но и Е других распределенных системах при формализации диалога узлов сети я разрешении возникающих конфликтов.
Реализация результатов. Автором разработан программный комплекс; sPARK, представляющий собой интегрированную систему контроля платного доступа и учета автотранспорта. Комплекс зарегистрирован в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам РОСПАТЕНТ (свидетельство Ш 2003610400 от 14.02,2003г., по заявке № 2002612281, дата поступления 19.12.2002).
За период с 2002 по 2006г. система sPARJC была внедрена на 41-м объекте в России и СНГ. Например, применение системы sPARK на территории ВВЦ позволило увеличить пропускную способность контрольно-пропускных пунктов на 25-30%.
Основные результаты диссертации были получены при выполнении работ по гранту Российского фонда фундаментальных исследований № 04-01-00306 «Логико-семиотические и алгебраические модели в теории агентов и многоагентных систем». Результаты работы были использованы в учебном процессе кафедры прикладной математики МЭИ (ТУ) и кафедры «Компьютерные системы автоматизации производства» МГТУ им.Н.Э.Бауманй Акты о внедрении и использовании результатов работы прилагаются в диссертации.
Апробация работы. По основным положениям и результатам диссертации были сделаны шесть докладов на научных конференцию;: «Радиотехника, электроника, энергетика» (МЭИ (ТУ), г.Москва, 2005г.); Международная конференция «Информационные средства и технологии» (г. Москва, 2005п); 13-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2006» (МИЭТ, г.Москва, 2006г.), «Научная сессия МИФИ-2006» (МИФИ, г.Москва, 2006п).
Публикации. Основные результаты, полученные при выполнении диссертационной работы, опубликованы в 10 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы (185 наименований) и приложений. Диссертация содержит 165 страниц машинописного текста (без приложений и списка литературы). В работе имеется 49 рисунков и 10 таблиц. На защиту выносятся:
1) децентрализованная модель СКД и ОУ на основе агентно-ориентированного подхода;
2) гибридная архитектура искусственного агента в многоагентной системе, сочетающая структурно-функциональные элементы коллективных и индивидуальных агентов;
3) интегральная модель мнения автономного агента, объединяющая его дескриптивные суждения и прескриптивные оценки;
4) метод двухкоординатного представления систем модальностей и их формального описания с помощью биупорядоченных множеств;
5) четырехзначная логика МЦ для работы с модальными суждениями и оценками;
6) шестнадцатизначная логика ML\e для работы с мнениями.
