Towards Traffic Modelling of Multi-Agent Systems: The Role of Coordination Topology

في العالم الرقمي، غالبًا ما تُعتبر الشبكات بمثابة أنابيب تنقل الرسائل من شخص إلى آخر. ولعقود من الزمن، صمم المهندسون هذه الأنظمة بناءً على افتراض بسيط: وهو أن حركة المرور تصل بإيقاع يمكن التنبؤ به نوعًا ما، مدفوعًا بلمسات المستخدمين البشر وهم يضغطون على الأزرار، أو يرسلون رسائل البريد الإلكتروني، أو يحملون صفحات الويب. فعندما ينتظر الشخص لحظة قبل إرسال الرسالة التالية، ترى الشبكة فجوة. وعندما يتحرك الكثير من الناس في وقت واحد، ترى الشبكة تدفقًا هائلًا. لقد كان هذا النمط المدفوع بالبشر هو الأساس لتخطيط مقدار السعة التي تحتاجها الشبكة للتعامل مع الحمل.

ومع ذلك، يبرز نوع جديد من العمال الرقميين: الوكيل المستقل (autonomous agent). هذه برامج مدعومة بنماذج لغوية كبيرة يمكنها التفكير والتخطيط والعمل من تلقاء نفسها. وبخلاف الإنسان الذي يتوقف ليفكر قبل كتابة رد، يمكن لهؤلاء الوكلاء توليد سلسلة معقدة من الإجراءات الداخلية لحل مشكلة واحدة. قد يطرح مستخدم واحد سؤالًا، لكن الوكيل قد يقرر استدعاء أداة، أو طلب المشورة من وكيل زميل، أو التحقق من قاعدة بيانات، ثم صياغة إجابة. كل هذا يحدث تلقائيًا، مما يخلق تدفقًا من الطلبات التي يجب على الشبكة حملها. والسؤال المطروح أمام مهندسي الشبكات هو: هل لا تزال القواعد القديمة سارية عندما لا تعود حركة المرور مدفوعة بالأيدي البشرية، بل بالمنطق الداخلي لهذه الفرق الرقمية؟

وضع فريق من الباحثين نصب أعينهم قياس كيفية سلوك هذه الأنظمة الجديدة بدقة. وقد ركزوا على جانب محدد من حركة مرور الشبكة: وهو الوقت الذي يمضي بين طلب وآخر. وفي عالم هندسة الشبكات، تعد هذه الفجوة دليلاً حاسمًا. فإذا كانت الفجوات عشوائية ومتفرقة، فإن النظام يعمل بطريقة يسهل التنبؤ بها. أما إذا تجمعت الفجوات معًا أو اتبعت نمطًا محددًا، فإن النظام يتصرف بشكل مختلف، مما قد يتسبب في اختناقات لا تستطيع التصميمات القياسية التعامل معها. أراد الباحثون معرفة ما إذا كانت الطريقة التي يتم بها تنظيم هؤلاء الوكلاء — أي كيفية تواصلهم مع بعضهم البعض — تغير إيقاع حركة المرور التي يولدونها.

ولإيجاد الإجابة، بنى الفريق بيئة محكومة حيث يمكنهم تشغيل المهمة نفسها مئات المرات بهياكل فرق مختلفة. واختبروا ثلاث طرق متميزة لتنظيم الوكلاء. في الإعداد الأول، عمل الوكلاء واحدًا تلو الآخر، مثل سباق التتابع حيث ينتظر كل عداء انتهاء السابق قبل البدء. وفي الإعداد الثاني، قام قائد مركزي بتوزيع المهام على عدة عمال في وقت واحد، مثل مدير يوزع المهام على مجموعة من الموظفين دفعة واحدة. وفي الإعداد الثالث، استطاع كل وكيل التحدث مباشرة مع كل وكيل آخر في نفس الوقت، مما خلق شبكة كثيفة من التواصل. وقد أجروا كل سيناريو من هذه السيناريوهات 500 مرة لجمع كمية هائلة من البيانات حول كيفية تدفق الطلبات.

وكشفت النتائج أن الطريقة التي يُنظم بها الوكلاء تغير طبيعة حركة المرور بشكل جوهري. فعندما عمل الوكلاء في خط بسيط، واحد تلو الآخر، كان الوقت بين الطلبات ثابتًا نسبيًا ويمكن التنبؤ به. ومع ذلك، عندما أدخل الباحثون العمل المتوازي، تغير النمط بشكل كبير. ففي الإعدادات التي عمل فيها الوكلاء معًا في نفس الوقت، أصبحت حركة المرور "ثنائية المنوال" (bimodal)، مما يعني وجود سلوكين متميزين يحدثان في آن واحد. كان أحد السلوكين عبارة عن دفعة مفاجئة من النشاط حيث تصل العديد من الطلبات بشكل فوري تقريبًا، تفصل بينها أجزاء ضئيلة من الثانية. حدث هذا لأن النظام أرسل أوامر متعددة في اللحظة ذاتها تمامًا. أما السلوك الآخر، فكان إيقاعًا أبطأ وأكثر ترويًا يحدث أثناء قيام الوكلاء بمعالجة المعلومات والتفكير في مهامهم.

اكتشف الباحثون أن الفكرة القديمة القائلة بأن حركة مرور الشبكة تصل بشكل عشوائي، مثل قطرات المطر التي تسقط على سطح، لا تنطبق على هذه الأنظمة الجديدة. وقد اختبروا نموذجًا رياضيًا قياسيًا يفترض أن الطلبات تصل بشكل مستقل عن بعضها البعض، ووجدوا أنه كان خاطئًا بشكل حاسم لجميع إعدادات الوكلاء التي درسوها. وبدلاً من ذلك، اتبع الوقت الذي استغرقه الوكلاء للتفكير والاستنتاج بين الطلبات نمطًا مختلفًا، وهو نمط يمكن وصفه بشكل أفضل بمنحنى يأخذ في الاعتبار كيف يمكن للمهام أن تستغرق أوقاتًا متفاوتة اعتمادًا على مدى تعقيدها. وهذا يعني أن المنطق الداخلي للبرمجيات يخلق إيقاعًا محددًا ومنظمًا يختلف تمامًا عن السلوك البشري.

تكمسب هذه النتائج أهمية كبرى لأنها تظهر أن تصميم فريق الوكلاء نفسه يعمل كمولد لحركة المرور. فإذا صُمم نظام ليتحدث فيه العديد من الوكلاء مع بعضهم البعض في وقت واحد، فسيؤدي ذلك إلى خلق دفعات حادة وكثيفة من نشاط الشبكة التي يمكن أن تغمر الخوادم، حتى لو ظل إجمالي عدد المهام كما هو. ووجد الباحثون أنه في الإعداد الأكثر اتصالاً، حيث يمكن لكل وكيل التحدث مع كل وكيل آخر، انخفض الوقت بين الطلبات إلى مجرد ميلي ثوانٍ لجزء كبير من حركة المرور، مما خلق طفرة أسر بنسبة تقارب 600 بالمائة مقارنة بالإعداد التسلسلي. وهذه الطفرة ليست خللاً تقنيًا، بل هي سمة هيكلية لطريقة عمل النظام.

كما سلطت الدراسة الضوء على أن هذه التغييرات تمتد لتشمل الشبكة بأكملها. فطريقة تنسيق الوكلاء لا تؤثر فقط على طبقة التطبيقات، بل تؤثر أيضًا على اتصالات البيانات الأساسية والحمل على الخوادم التي تعالج الطلبات. وقد قاس الباحثون عدد حزم البيانات المرسلة وحجم الذالو المستخدمة، ووجدوا أن الطبيعة "الدفعية" (bursty) للإعدادات المتوازية أدت إلى ارتفاع ذروات استخدام الشبكة. وهذا يشير إلى أن مجرد عد إجمالي عدد الطلبات ليس كافيًا لفهم الحمل؛ إذ يجب على المهندسين أيضًا النظر في كيفية توزيع تلك الطلبات في الوقت.

في نهاية المطاف، يقدم هذا العمل أول صورة واضحة لكيفية تشكيل هيكل نظام الوكلاء المتعددين لحركة المرور التي ينتجها. وهو يوضح أنه بينما ننتقل نحو مستقبل تتعاون فيه الوكلاء البرمجية لحل المشكلات، فإن الشبكات التي تدعمهم ستحتاج إلى أن تُصمم مع مراعاة هذه الأنماط الجديدة. إن النماذج القديمة، التي بُنيت للمستخدمين البشر، لا يمكنها التنبؤ بدقة بسلوك هذه الفرق الرقمية. ومن خلال فهم أن أسلوب التنسيق لدى الوكلاء يخلق أنماطًا محددة وقابلة للقياس في حركة المرور، يمكن للمهندسين بناء أنظمة قوية بما يكفي للتعامل مع هذا الإيقاع الفريد للمستقبل المستقل. وقد أتاح الباحثون أدواتهم وبياناتهم للجمهور، داعين الآخرين لاستكشاف هذه الأنماط بشكل أكبر مع استمرار تطور هذه التكنولوجيا.