Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes aplicadas a Jogos de Guerra. Pier-Giovanni Taranti Orientador Prof. J. C P. de Lucena

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1 Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes aplicadas a Jogos de Guerra Pier-Giovanni Taranti Orientador Prof. J. C P. de Lucena

2 Sumário Introdução Conceito de Jogos de Guerra Jogos de Guerra apoiados por simulações computacionais do Teatro de Operações (limitações e necessidades) Estado da Arte Por que uma solução por SMA pode ser adequada? Instanciação de Simulações a partir de Modelos Conceituais Estáticos descritos em ontologia (2009.1) Simulações georreferenciadas em representação vetorial: movimento, detecção passiva e ativa e controle do passo dada uma precisão minima aceitável, fornecida em distancia. Outros trabalhos (Simuladores MAS para apoio a teste de sistemas que usam SOA) 2

3 Introdução Simulações são modelos dinâmicos de um sistema. Em uma simulação pode-se observar o comportamento de um sistema de forma próxima ao previsto em situação real. Os motivos pelos quais se opta por realizar simulações são os mais diversos: economia de recursos observação do comportamento de sistemas complexos redução da complexidade matemática na resolução de problemas possibilidade de realização de experimentos impraticáveis de outra forma aceleração de resultados através da seleção de experimentoscandidatos através de simulação computacional etc... 3

4 Introdução Simulações são classificadas de várias formas: quanto ao ambiente onde a simulação se desenrola real ou computacional quanto ao grau de visibilidade quanto ao grau de interação ou controle Estas classificações não são rígidas, sendo possíveis simulações que se encontrem entre duas categorias, bem como autores apresentam outras formas de classificar simulações 4

5 Introdução Sistemas de Jogos de Guerra e Treinadores táticos são exemplos de sistemas militares que, baseados em um modelo dinâmico de Teatro de Operações (i.e simulações), visam aperfeiçoar as capacidades dos usuários ou testar planejamentos perante situações possíveis, porém não previstas até este momento. Estes sistemas utilizam simulações de comportamentos de meios neutros, inimigos, amigos e do ambiente do teatro de operações (ambiente). A granularidade da simulação é varia conforme o experimento que se deseja observar. 5

6 Conceito de Jogos de Guerra As forças oponentes deslocam-se espacialmente no tempo, alterando suas propriedades a cada instante (raio de ação, raio de detecção, etc.), por iniciativa própria, por imposição do ambiente ou devido a ações do inimigo. A complexidade envolvida é tão grande que é impossível prever com aceitável grau de exatidão o comportamento futuro. A natureza estocástica não permite a modelagem matemática destes sistemas, até porque o que se deseja observar é o comportamento emergente, ou os desvios em relação a hipótese mais provável. 13/04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 7

7 Conceito de Jogos de Guerra O comportamento do inimigo é fruto do conjunto de ações tomadas a nível micro, pelos elementos (navios, aviões, tropas, etc.) seguindo um conjunto de ordens iniciais, emitidas pelos seus comandos superiores, as quais podem ser alteradas no tempo. Quando ocorrem interações entre oponentes nestes sistemas, os resultados são sempre estocásticos, portando, também imprevisíveis a priori. Sistemas desta natureza são classificados como complexos [Moffat, J. Complexity Theory and Network Centric Warfare. 2006]. 13/04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 8

8 Conceito de Jogos de Guerra Assim como na informática a interpretação dos requisitos muda durante o planejamento e análise, no meio militar o conhecimento do inimigo e de nossas capacidades é refinado ao longo do planejamento. Os Jogos constituem um laboratório de cenários possíveis para a execução deste refinamento. 9

9 Conceito de Jogos de Guerra Este teste do planejamento perante possíveis movimentos do inimigo é realizado nos chamados Jogos de Guerra. Nestes Jogos, o estado maior que realizou o planejamento de uma operação a executa, utilizando meios simulados, contra a oposição do inimigo, também simulado. 10

10 Conceito de Jogos de Guerra Um fator importante sobre os Jogos é que eles não têm por objetivo avaliar um vencedor: o objetivo é avaliar o planejamento, verificar se ele é abrangente e realístico, se considerou as possibilidades do inimigo, se oferece risco inaceitável a nosso poder militar. Nenhum jogo poderá determinar com precisão o vencedor; se isto fosse possível não haveria necessidade de confronto. 11

11 Jogos de Guerra apoiados por simulações computacionais do Teatro de Operações Em Jogos de Guerra a questão estocástica é contornada utilizando-se juízes humanos (i.e Empire), especialistas que acompanham a execução dos Jogos (duas semanas a dois meses), interferindo no comportamento dos meios inimigo para criar situações não previstas no planejamento, ou evitar situações que possam levar a um desfecho favorável a algum dos lados, a fim de manter o planejamento em testes. 13

12 Estado da Arte A construção destas simulações para Jogos de Guerra é um desafio, pois este tipo de sistema não é comercial: não se vendem sistemas de jogos de guerra. A pouca bibliografia que existe sobre o assunto é conceitual, normalmente de abordagem puramente teórica ou matemática, sendo que a última possui o inconveniente de não fornecer uma representação espacial do cenário, sendo mais adequada a cálculos sobre enfrentamento, realizados em regiões limitadas do espaço virtual, desconsiderando seu efeito sobre os outros atores. 13/04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 16

13 Estado da Arte A solução adotada por cada projeto de desenvolvimento de jogos de guerra é ad hoc, normalmente tratada com sigilo devido não somente a proteção do capital intelectual, mas principalmente devido à sensibilidade dos dados arquivados no sistema. Um dos poucos documentos acadêmicos produzidos no Brasil sobre o assunto é [SANTOS, F.M.A., CASANOVA, M.A. e SEIXAS, R.B. Jogos de Guerra em Plataformas Móveis. Relatório Técnico 01, 2002]. 13/04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 17

14 Por que uma solução por SMA pode ser adequada? Filtros sobre visualização de dados no nível micro: atores somente devem perceber a sua própria situação. Os sistemas de GIS não representam adequadamente objetos móveis, porém diversas pesquisas sugerem o uso de agentes de software para imprimir dinâmicas na representação espacial. 13/04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 18

15 Por que uma solução por SMA pode ser adequada? Uma característica notável nestas simulações aplicadas a Jogos de Guerra é a complexidade das mesmas, aqui considerando o sentido de complexidade de sistemas consonante as obras de Michael Pidd e James Moffat, que destacam o fato que o comportamento autônomo dos elementos a nível micro se propagar a nível macro, gerando uma imprevisibilidade do comportamento global dos sistemas. Ambos os trabalhos sugerem o uso de Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes para tratar a complexidade dos sistemas, porém não se referem a sistemas georeferenciados com representação vetorial. 13/04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 19

16 Por que uma solução por SMA pode ser adequada? A inserção de autonomia no comportamento dos atores (Navios, tropas, aeronaves, etc.) é desejável para fornecer não somente maior fluidez ao processo, mas também evitar vícios de avaliação pelos Juízes, fornecendo novas possibilidades de cenários. Esta autonomia permitiria a observação do Jogo em nível mais alto, no qual os atores da simulação cumpririam seu planejamento, que poderia incluir ataques a alvos de oportunidade, regras de engajamento, planos contingentes, planos de comunicação, entre outros. 13/04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 20

17 Por que uma solução por SMA pode ser adequada? O uso de agentes de software ou Sistemas Multiagentes para sistemas de jogos de guerra é considerado em: Ivar Oswalt and Stephen Kasputis.Characterizing Models, Simulations, and Games. Interservice/Industry Training, Simulation, and Education Conference (I/ITSEC) Ören, T.I. (2001 Invited Paper). Impact of Data on Simulation: From Early Practices to Federated and Agent-Directed Simulations. In: A. Heemink et al. (eds.) Proc. of EUROSIM 2001, June 26-29, 2001, Delft, the Netherlands. R.C. Rubel (2001).War-gaming network-centric warfare., Nav. War Coll. Rev. 54(2) Levent Yilmaz. Toward Next-Generation, Simulation-Based Computational Tools for Conflict and Peace Studies. Social Science Computer Review, Volume 25 Number 1. Spring 2007, p /04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 21

18 Por que uma solução por SMA pode ser adequada? A única abordagem a declarar possuir uma implementação operacional, que utiliza Jack, foi: Ralph Rönnquist, Andrew Lucas and Nick Howden. The simulation agent infrastructure (SAI) Incorporating intelligent agents into the CAEn close action simulator. SimTecT 2000 Conference Proceedings, Sydney Conventional and Exhibition Centre, Darling Harbour, Sydney, Australia, p /04/09 Nome do Autor LES/PUC-Rio 22

19 Instanciação de Simulações a partir de Modelos Conceituais Estáticos descritos em ontologia (2009.1) Para possibilitar o estudo sistemático sobre simulações baseadas em sistemas multiagentes para uso em sistemas de jogos de guerra, é necessário que se possa alterar rapidamente os cenários utilizados, sem que se torne necessário modificar o código envolvido. Sugere-se o uso de da seguinte abordagem: Os especialistas do domínio inicialmente devem criar um modelo conceitual do domínio, que represente todos os relacionamentos existentes entre estes conceitos de forma estática. O software deve ser gerado a partir deste modelo conceitual. O modelo conceitual seria entendido posteriormente incluindo a situação inicial da simulação. O modelo entendido deverá ser lido por um engine, que transfere a informação sobre os estados iniciais no momento da carga inicial do programa. 23

20 Instanciação de Simulações a partir de Modelos Conceituais Estáticos descritos em ontologia (2009.1) 20

21 Instanciação de Simulações a partir de Modelos Conceituais Estáticos descritos em ontologia (2009.1) Tecnologias aplicadas Simulador Jade Java 6 (com uso de reflexão para carga das classes de agentes e comportamentos) Jena (para parsing e reasoner) JTS para tratamento de propriedades geográficas Modelos Protégé 4 (beta) /3.4 OWL 21

22 Instanciação de Simulações a partir de Modelos Conceituais Estáticos descritos em ontologia (2009.1) 22

23 Visibilidade geográfica - detecção passiva e ativa (visual e por sensores) Visibilidade Geográfica: Detecção de componentes do ambiente e de agentes da simulação. Questões a serem abordadas: Modelagem de detecção eletromagnética e visual; Erro geográfico e de tempo; Detecção mútua; Detecção ativa & detecção passiva Detalhes de implementação (cálculo em memória ou banco) 23

24 Movimento georeferenciado em representações vetoriais (2009.2) Movimento Georeferenciado: deslocamento de componentes da simulação. Questões a serem abordadas Taxa de atualização e sua relação com o erro aceitável; Tratamento de grandezas vetoriais diferentes; Quando não representar um deslocamento a fim de evitar granularidade muito fina (exemplo: lançamento de armas)? 24

25 Passo da simulação manutenção da consistência com o modelo (2009.1) Cálculo de passo para comportamentos em simulações multiagentes com ênfase em movimentos geográficos: Questões a serem abordadas Erro mínimo e sua relação com a atualização; Marcha do tempo; Marcha do tempo máxima; Detectar que a simulação perdeu coerência devido ao passo documentar experimentos; 25

26 Outras atividades TARANTI, Pier ; CHOREN, Ricardo ; LUCENA, C. J. P.. An Industry Use Case: Testing SOA Systems with MAS Simulators. In: Multi-Agent Systems Simulation at MALLOW'09, 2009, Turin. Artigo estendido submetido em 29 de agosto para Simulation Modelling Practice and Theory Journal. Previsão de submissão de um artigo abordando o trabalho de SMA do primeiro semestre ao Agent-Directed Simulation Symposium (ADS'10), que ocorre no 2010 Spring Simulation Multi-conference (SpringSim'10). 26

27 Simulações Baseadas em Sistemas Multiagentes aplicadas a Jogos de Guerra Pier-Giovanni Taranti Orientador Prof. J. C P. de Lucena