AISim: Dağıtık Ortamlarda Kompleks Hava Muharebesi Benzetimi İçin Geliştirilmiş Bir Zeki Tehdit Sistemi
Doç. Dr. Şakir Kocabaş*
İTÜ - Uçak ve Uzay Bilimleri FakültesiUzay Mühendisliği Bölümü, Maslak,
Doç. Dr. Ercan Öztemel**
Tübitak - MAM, PK21, Gebze, Kocaeli.eomam@mam.gov.tr
Özet
Bu makalede, uluslararası EUCLID RTP 11.3 simülasyon projesi için MAM Yapay Zeka Grubu tarafından geliştirilmiş olan AISim sistemi anlatılmaktadır. Sistem benzetim ortamındaki bir F16'ya, kompleks hava muharebesi senaryolarındaki Devriye ve Eskort görevlerinde zeki davranışlar yaptırabilmektedir. AISim sistemi, Kasım 1996'da Almanya'da ve Ocak 1997'de Hollanda'da olmak üzere iki büyük senaryo gösteriminde uygulanmış, ve uzmanlar tarafından başarılı bulunmuştur. Sistem hava senaryolarında Seyir, Devriye, Eskort, Görme Ötesi ve Görme Alanı Karşılaşmalar, Havada Yakıt İkmali, Kaçış ve Üsse Dönüş görevlerini yapmaktadır.
1. Giriş
Son yıllarda, dağıtık ortamlarda zeki etmenler üzerine araştırmalar hız kazanmıştır (Bkz. Kocabaş ve Öztemel, 1998; Kocabaş vd., 1996; Jones, vd., 1996; Tambe, vd., 1996; Kocabaş, vd., 1995). Bu alandaki araştırmalar gerçek zamanlı ve kompleks ortamlarda ve senaryolarda etmen davranışlarını incelemek ve buradan elde edilen bilgiye dayanarak insan operatörlerin bazı beceriler için bireysel ve takım halinde daha gerçekçi olarak eğitilmesini amaçlamaktadır.
-----------------------------------------------* İkinci görev yeri: Tübitak - MAM, 41470 Gebze, Kocaeli. Email: skoca@mam.gov.tr** İkinci görev yeri: SAU, Mühendislik Fakültesi, Endüstri Müh. Bölümü, Sakarya.
Dağıtık Etkileşimli Benzetim (DIS) ortamları, gerçek zamanlı senaryolarda, farklı amaçlara ve görevlere ve birbirinden bağımsız davranışlara sahip birçok etmenin sentetik bir dünyada çalıştırılmasına imkan veren kuvvetli ağ (network) özelliklerini sağlamaktadır. DIS sistemlerinde bunlara bağlı her iş istasyonu bir veya daha fazla senaryo elemanını kontrol edebilmektedir. Senaryo elemanları arasındaki iletişim ise standart veri birimleriyle sağlanmaktadır. Bu sistemlerde alıcı iş istasyonu, temsil veya kontrol ettiği senaryo elemanlarının ortamda neleri algılaması gerektiğine kendisi karar vermektedir.
Bu tür DIS ortamlarında çalışan zeki etmenler esas olarak üç bileşenden meydana gelmektedir: algılama, düşünme ve davranış. Bu bileşenlerin her birinin de zeki davranış özelliklerine sahip olması gerekmektedir (bkz, Hayes-Roth, 1993). Bu becerilerle donatılmış bir etmen gerçek zamanda, bulunduğu ortamdan veriler alabilir, bunlardan durum değerlendirmesi yapabilir, sonuçlar çıkarabilir, kararlar alabilir, ve buna bağlı olarak zeki davranışlar ortaya koyabilir.
Bu makalede, DIS ortamında zeki etmen davranışları gösterebilen bir yapay zeka sistemi, AISim anlatılmaktadır. Bu sistem dört yıl süreli (1993-97) uluslararası EUCLID RTP 11.3 projesi1 çerçevesinde MAM Yapay Zeka Grubu tarafından geliştirilmiştir. AISim, ITEMS2 benzetim sistemi ve InterSIM3 ağını ihtiva eden dağıtık bir benzetim ortamındaki hava senaryolarında Devriye ve Eskort görevlerinde bir F16'ya zeki davranışlar yaptırabilmektedir. AISim sistemi, Kasım 1996'da Almanya'da ve Ocak 1997'de Hollanda'da iki dizi senaryo uygulamasında yer almıştır. Bu senaryo uygulamalarına InterSIM ağ bağlantısıyla İngiltere ve Almanya'dan kokpit simülatörlerinden ve jenerik kokpit simülatörlerinden pilotlar ve operatörler da katılmıştır. Ayrıca bu senaryolarda, dost kuvvetlerin harekatı, gene bu proje kapsamında geliştirilmiş olan komuta-kontrol istasyonu4 tarafından yönetilmiştir.
Gösterimlerde, savaş, bombardıman ve tanker uçaklarından ve SAM'lardan oluşan 60'dan fazla senaryo elemanı kullanılmıştır. Gösterimlerin ilk ayağında AISim, Devriye ve Eskort görevlerinde bir yapay zeka (YZ) hedefini, ikinci ayağında ise üç YZ hedefini yönetmiştir. Her iki gösterimde de YZ hedeflerinin davranışı gösterimlere katılan pilotlar tarafından "gerçekçi" olarak değerlendirilmiştir.
-------------------------------1 Projeye Avrupa'dan 6 ülkeden şu firmalar katılmıştır: Tübitak-MAM (Türkiye), CAE Electronics (Almanya), TTS (İngiltere), TNO (Hollanda), AGUSTA (İtalya) ve INDRA (İspanya).1 ITEMS sistemi CAE Electronics (Kanada, Almanya) firmasının ürünüdür.2 InterSIIM, TTS'in (İngiltere) ürünüdür. 3 C3 istasyonu proje için TNO (Hollanda) tarafından geliştirilmiştir.
2. Sistem Tanıtımı
AISim sistemi iki ana modülden oluşmaktadır: Durum Tesbiti (DT) ve Davranış Yönetimi (DY). İkinci modül görev hiyerarşisi altında 11 operatöre sahiptir. Bu hiyerarşinin tepesinde Görev Kontrol Operatörü (GKO) bulunmaktadır. Bu operatör ise alt görev, faaliyet ve eylem operatörlerine ayrılmaktadır.
Durum Tesbiti (DT) operatörü, ağdan sürekli olarak ortamdaki diğer ilgili dost ve düşman senaryo elemanları hakkında bilgi toplar. Bu bilgiler standart veri yapısında olup ilgili senaryo elemanlarının değişken özelliklerini (örn. pozisyon, yön ve hız) ve öteki bilgileri (örn. radar kilidi, füze ateşlenmesi) kapsamaktadır. DT modülü bu bilgileri alır ve özetlenmiş durum bilgilerine çevirip bir mesaj listesine gönderir. Mesaj listesi saniyede yaklaşık 10 kere DT tarafından yenilenir, ve bu liste bu süre için taktik durumun özetini verir. Davranış Yönetimi (DY) modülünün Görev Kontrol Operatörü (GKO) bu mesaj listesini aynı zaman çevrimi içinde okur ve mevcut duruma göre hangi görev operatörünün etkin hale getirileceğine karar verir, ve onu etkin hale getirir. Etkin operatör de durum tesbit değerlerine göre kendisine bağlı hangi faaliyet operatörünü etkinleştireceğine karar verir. Kontrol da bu şekilde, görev tamamlanıncaya veya sistem durduruluncaya kadar görev ve faaliyet operatörlerinin birinden diğerine geçer. GKO altında 10 görev operatörü vardır. Bunlar sırasıyla Kalkış (TO), Seyir (N), Devriye (P), Eskort (E), Görme Ötesi Karşılaşma (BVR), Görme Alanı Karşılaşma (WVR), Kaçış (D), Üsse Dönüş (RTB) ve İniş (L) olarak isimlendirilmiştir. Şekil 1 bu operatörler arasındaki etkileşimi göstermektedir.
------------------------------
<-- TO <----- DY
<-- N <-----
<-- P <-----
<-- E <-----
<-- BVR <-----<--- GKO --------- DT
<-- WVR <----- ^
<-- AAR <-----
<-- D <-----
<-- RTB <-----
<-- L <-----
-----------------------------
v
------------------------------------------
Çıkış Arabirimi Giriş Arabirimi
------------------------------------------
Simülasyon Ağı
------------------------------------------
Şekil 1. AISim'in bileşenleri ve bunların etkileşimleri.
AISim sistemi daha önce Kocabaş (1991) tarafından geliştirilen hiyerarşik bir kontrol yapısına sahiptir. Bu yapıda sistem dört düzeyde amaçlara sahiptir: Görev, alt görev, faaliyet ve eylem amaçları. DIS senaryolarında elemanların görev amaçlarının önceden tanımlanması gerekir. Eskort ve Devriye senaryolarında AISim tarafından kontrol edilen F16 (YZ hedefi), yukarıda anlatılan görevleri yapabilmektedir. Devriye ve Eskort görevleri de alt görevlere ayrılmıştır. Mesela BVR görevi, BVR yaklaşma, BVR saldırı, BVR kaçış gibi alt görevlere ayrılmıştır. Bu alt görevler de, ilk hedef seçimi ve füzeden kaçış gibi faaliyetlere ayrılmıştır. Faaliyetler ise, irtifa, yön ve hız değiştirme, füze fırlatma gibi eylemlere ayrılmıştır.
Bu kontrol yapısı içinde AISim tarafından kontrol edilen hedef (F16) bir görevden, alt göreve, alt görevden faaliyete ve eylemlere kadar düzgün bir şekilde geçiş yapabililmektedir. Bu yapı aynı zamanda kritik durumlarda hedefin bir görevden (mesela BVR saldırıdan) diğerine (örn. Kaçış) hızlı fakat gerçekçi bir şekilde geçmesine de imkan vermektedir. AISim'in görev hiyerarşisi Şekil 2'de gösterilmektedir.
Görev ----------------------
Devriye Eskort
Seyir
Eskort
----------------------- BVR
WVR
Ayrılma
BVR Yaklaşma
BVR Saldırı ----------------
BVR Kaçış
Saldırı açısını koru
Füze zarfını kontrol et
---------------------- Füze atılması
....
Füze fırlat
F-pole yap
Füzeyi yönlendir
...
Şekil 2. AISim'in görev, alt görev, faaliyet ve eylem hiyerarşisi.
4. AISim'in Değerlendirmesi
Bu bölümde AISim sistemi görevleri, sistem yapısı, zeki etmen özellikleri ve görev senaryolarındaki performansı açısından değerlendirilmekte ve benzeri diğer sistemlerle karşılaştırılmaktadır.
AISim kontrolundeki bir F16'nın, çeşitli Devriye ve Eskort senaryolarında, ITEMS ve insan kontrolündeki F16 ve Mig29'lara karşı davranış testleri Kasım 1996'dan önce tamamlanmıştır. Sistemin her iki görevdeki yetenekleri yukarıda belirtilen senaryo gösterimlerinde ortaya konmuştur.
Eskort senaryolarında AISim kontrolundaki F16, (YZ Hedefi) bir üsden kalkış yapar, sonra bombardıman uçaklarıyla buluşma noktasına yönelir ve orada bekler. Bombardıman paketi geldiği zaman AIT, ITEMS tarafından oluşturulmuş olan öteki eskortlarla birlikte bunlara belli bir formasyonda eşlik etmeye başlar. Bombardıman paketine belli bir mesafede hava önleme tehdidi yaklaşırsa, AISim'in Görev Kontrol Operatörü BVR görev operatörünü etkin hale getirir. Bu operatör de BVR Yaklaşma alt operatörünü etkin hale getirir, ve YZ Hedefi paketten ayrılarak belli bir açıda hedefe doğru yönelir. Sonra BVR Saldırı alt operatörü etkin hale gelir ve bu da YZ Hedefini radar kilidini koruyacak şekilde kendi füze zarfında belli bir mesafeye kadar yaklaştırır. Bu alt operatör aynı zamanda BVR füzesi fırlatma ve yölendirme işinden de sorumludur. Bu esnada eğer belli bir mesafede düşmandan bir radar kilidi gelmişse, kontrol, BVR Kaçış alt operatörüne geçer ve bu da YZ Hedefini kaçış manevralarına yöneltir. BVR manevraları sırasında tehdit eğer YZ Hedefinin görme mesafesi içine girmişse, WVR operatörü etkin hale gelir.
Bombardıman paketi aynı anda birden fazla hava önleme uçağı tarafından saldırıya uğrarsa AISim bunlardan birini birincil tehdit olarak seçer ve YZ Hedefini ona göre yapması gereken manevralara sokar. Hava muharebelerinde taktik durum çok hızlı değiştiğinden, birincil tehdit de her an değişebilir. AISim görev esnasında YZ Hedefinin yakıt ve füze durumunu sürekli kontrol eder ve duruma göre Havada Yakıt İkmali (AAR), Ayrılma (D) ve Üsse Dönüş (RTB) operatörlerini çalıştırır. Buraya kadar anlatılanlar YZ Hedefinin davranışlarının kısa bir özeti olup birçok ayrıntıyı dışarıda bırakmaktadır.
AISim'in bilgi organizasyonu ve kontrol yapısı gerçek zamanda etkin bir davranış kontrolu imkanı vermektedir. Bu yapı Kocabaş vd., (1995)'de ayrıntılı olarak anlatılmıştır. AISim'in yapısı başka görevlere kolaylıkla uygulanabilirliği sağlayan esnek bir yapıdır. Mesela sistem önce Devriye görevi için geliştirildiği halde, sadece yeni bir görev operatörü eklenmek suretiyle Eskort görevine uyarlanabilmiştir.
AISim taktik durumu gerçek zamanda ekranda kısa mesajlarla gösterebilmekte, ve YZ Hedefininin davranışlarını da aynı şekilde ekranda kısa mesajlarla açıklayabilmektedir. Bu durum ve davranış açıklamaları üst düzey taktik terimlerle yapılmaktadır, ve böylece gözlemciler aynı anda hem taktik durumu, hem de sistem davranışını görebilmektedir. AISim bundan başka gene üst düzey taktik bir dilde, zaman sıralı uçuş kayıtlarını da uçuş sonrası "debriefing" için tutabilmektedir. Sistemin hiyerarşik yapısı bütün bu özellikleri kolaylıkla sağlayabilecek bir yapı oluşturmaktadır.
AISim'in aynı anda hem taktik durumu, hem de kendi etmen davranışını teknik terimlerle açıklayabilmesi birkaç yönden çok faydalı bir özellik olmuştur. Birincisi, bu özellik sistem geliştirmeyi kolaylaştırmıştır, çünkü değişen taktik durumlarda sistemin nasıl davrandığı izlenerek gerekli değişikliklerin yapılmasının kolaylaştırmıştır. İkincisi, testler ve esas senaryo uygulamaları sırasında sistemin davranışlarının uzmanlara açıklanmasını kolaylaştırmıştır. Üçüncüsü, üst düzey taktik terimlerle kaydedilen uçuş kayıtları, sistemin çalıştırılmasına ihtiyaç kalmadan davranışlarının uzmanlarla tartışılmasına imkan vermiştir. Air-Soar (Johnson, 1994) etmenleri de uçuş sonrası kayıtlar tutabilmektedir, ancak AISim'in gerçek zamanlı durum tesbit ve açıklamalarının daha faydalı olduğu gözlemlenmiştir.
AISim'in mevcut versiyonu 1-v-2 hava muharebesi açısından sınırlı kalmaktadır. Ancak sistem kolaylıkla bu tür muharebe taktiklerini uygulayabilecek hale getirilebilir. Aynı şekilde, sistemin esnek yapısı dolayısıyla AISim, Devriye ve Eskort görevlerinden başka görevler için de kolaylıkla geliştirilebilir. Öte yandan, sistem YZ Hedef timleri, hatta filolarının eşgüdümlü ve etkileşimli kontrolunu sağlayacak sekilde geliştirilebilir ve etmen ve tim modelleme özellikleriyle donatılarak düşman davranışlarının gerçek zamanlı modellemesi de sağlanabilir. Bunlar belki yeni bir EUCLID projesinin araştırma konusu olacaktır.
4. Özet
Bu çalışmada zeki bir sistem olan AISim işlevsel yapısı, ve DIS senaryolarında taktik hava simülasyonlarındaki davranışları açısından anlatılmıştır. Bu sistem uluslararası EUCLID RTP 11.3 projesi çerçevesinde MAM Yapay Zeka Grubu tarafından geliştirilmiştir. Sistemin özellikleri, benzer diğer sistemlerle karşılaşmalı olarak anlatılmıştır. AISim, durum tesbiti yapabilme, durum değerlendirmesi ve zeki davranış özellikleri, taktik durum açıklama ve davranış açıklaması gibi, zeki etmen davranışlarına sahip bulunmaktadır.
Teşekkür
Bu çalışma, EUCLID RTP 11.3 Kompleks Hava Muharebesi Gösterim Sistemi projesi kapsamında, MSB ARGE Dairesi ve Tübitak MAM tarafından desteklenmiştir. Yazarlar ayrıca, proje geliştirme sırasında hava muharebeleri hakkında genel teknik bilgiler konusundaki yardımlarından dolayı HKK Akıncı Üssü Öncel Eğitim Komutanlığı'ndaki subaylarımıza da teşekkürü bir borç bilir.
Referanslar
Hayes-Roth, B. (1993). "Architectural foundations for real-time performance in intelligent agents." David, J-M., Krivine, J-P., ve Simmons, R. (Editörler): Second Generation Expert Systems. Springer Verlag, s. 643-672.
Johnson, W.L. (1994). "Agents that explain their own actions." Proceedings of the 4th Conference on Computer Generated Forces and Behavioral Representation. Mayıs 1994, Orlando, Florida, A.B.D.
Jones, R.M., Laird, J.E., ve Nielsen, P.E. (1996). "Moving intelligent automated forces into theatre-level scenarios." Proceedings of the 6th Conference on Computer Generated Forces and Behavioral Representation. Orlando, Florida, A.B.D., s. 113-117.
Kocabas, S. (1991). "Homuncular learning and rule parallelism: An application to BACON." Proceedings of International Conference on Control. s. 950-954.
Kocabaş, Ş., Öztemel, E., Uludağ, M. ve Koç, N. (1995). "Automated agents that learn and explain their own actions: A progress report." Proceedings of the Fifth Computer Generated Forces and Behavioral Representation. Mayıs 1995, Orlando, Florida, s. 87-95.
Kocabaş, Ş., Öztemel, E., Uludağ, M. ve Koç, N. (1996). Proceedings of the Sixth Computer Generated Forces and Behavioral Representation. s. 119-124.
Kocabaş, Ş. ve Öztemel, E. (1998). "AISim: An intelligent agent for distributed interactive simulation." Seventh Computer Generated Forces and Behavioral Representation. 12-15 Mayıs 1998. Orlando, Florida, A.B.D.
Tambe, M., Johnson, W.L., Jones, R.M., Koss, F., Laird, J.E., Rosenbloom, P.S., ve Schwamb, K.B. (1995). "Intelligent agents for interactive simulation enviroments." AI Magazine, Spring 1995, s. 15-39.
