Hệ đa agent mở dựa trên mô hình role và tổ chức

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Mạnh Sơn HỆ ĐA AGENT MỞ DỰA TRÊN MÔ HÌNH ROLE VÀ TỔ CHỨC Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Công nghệ phần mềm Mã số: 60.48.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS TS TRẦN ĐÌNH QUẾ Hà Nội - 2009 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Error! Bookmark not defined LỜI CAM ĐOAN Error! Bookmark not defined MỤC LỤC ii DANH MỤC BẢNG BIỂU iv DANH MỤC HÌNH VẼ v KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐA AGENT MỞ 1.1 Hệ đa agent mở 1.1.1 Hệ đa agent Hệ đa agent mở 1.1.2 Các khái niệm hệ đa agent mở 1.2 Vấn đề phát triển hệ đa agent 1.2.1 Phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent đóng 1.2.2 Phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent mở 1.2.3 Phƣơng pháp luận O-MaSE 10 1.3 Mối quan hệ role mô hình tổ chức hệ đa agent mở 13 1.3.1 Vai trò role thiết kế hệ đa agent mở 14 1.3.2 Role mô hình tổ chức hệ đa agent mở 15 1.4 Kết chƣơng .Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: MÔ HÌNH ROLE TRONG HỆ ĐA AGENT MỞ Error! Bookmark not defined 2.1 Vấn đề xây dựng mô hình biểu diễn role Error! Bookmark not defined 2.2 Mô hình biểu diễn role BRAIN Framework Error! Bookmark not defined 2.2.1 Vài nét lịch sử Error! Bookmark not defined 2.2.2 Mô hình role Error! Bookmark not defined 2.2.3 Biểu diễn role XML Error! Bookmark not defined 2.3 Đại số quan hệ role Error! Bookmark not defined 2.3.1 Quan hệ Bằng nhau: Error! Bookmark not defined 2.3.2 Quan hệ kế thừa Error! Bookmark not defined 2.3.3 Quan hệ loại trừ Error! Bookmark not defined 2.3.4 Quan hệ Yêu cầu .Error! Bookmark not defined 2.3.5 Quan hệ thêm vào .Error! Bookmark not defined 2.3.6 Quan hệ trộn Error! Bookmark not defined 2.3.7 Quan hệ lãnh đạo Error! Bookmark not defined 2.4 So sánh với nghiên cứu liên quan Error! Bookmark not defined 2.5 Kết chƣơng .Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT GÁN ROLE TRONG HỆ ĐA AGENT MỞ Error! Bookmark not defined 3.1 Vấn đề xây dựng kỹ thuật gán role cho hệ đa agent mở Error! Bookmark not defined 3.2 Mô hình tổ chức thƣơng mại điện tử Error! Bookmark not defined 3.3 Thuật toán ARA .Error! Bookmark not defined 3.4 So sánh nghiên cứu liên quan Error! Bookmark not defined 3.5 Kết chƣơng Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: THỬ NGHIỆM HỆ THỐNG ĐA ĐẤU GIÁ Error! Bookmark not defined 4.1 Phân tích yêu cầu hệ thống Error! Bookmark not defined 4.1.1 Mô tả hệ thống Error! Bookmark not defined 4.1.2 Xây dựng mô hình goal hệ thống .Error! Bookmark not defined 4.2 Xây dựng thƣ viện role Error! Bookmark not defined 4.2.1 Xác định role Error! Bookmark not defined 4.2.2 Quan hệ role .Error! Bookmark not defined 4.3 Thiết kế hệ thống .Error! Bookmark not defined 4.3.1 Mô hình lớp agent .Error! Bookmark not defined 4.3.2 Thiết kế phân tầng hệ thống sử dụng JADE .Error! Bookmark not defined 4.5 Kết cài đặt thử nghiệm Error! Bookmark not defined 4.6 Kết chƣơng .Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 16 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined 2 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh phƣơng pháp luận cho hệ đa agent mở 15 Bảng 2.1: Các role hệ thống đấu giá nhiều sản phẩm Error! Bookmark not defined Bảng 2.2: Biểu diễn role English bidder Error! Bookmark not defined Bảng 2.3: Ví dụ Quan hệ kế thừa role Error! Bookmark not defined Bảng 2.4: Ví dụ quan hệ yêu cầu role Error! Bookmark not defined Bảng 4.1: Các role hệ thống đa đấu giá Error! Bookmark not defined Bảng 4.2: Các role hệ thống đa đấu giá mô tả theo ba Error! Bookmark not defined Bảng 4.3: Quan hệ kế thừa role Bidder English Bidder Error! Bookmark not defined Bảng 4.4: Quan hệ kế thừa role Auctioner English Auctioner Error! Bookmark not defined Bảng 4.5: Quan hệ yêu cầu role Manager Notifier Error! Bookmark not defined 3 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Các bƣớc phát triển Gaia Hình 1.2: Mô hình OMACS 11 Hình 1.3: Các bƣớc phát triển hệ đa agent mở theo O-MaSE 13 Hình 2.1: Tƣơng tác role BRAIN Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Biểu diễn role bidder XML BRAIN Framework Error! Bookmark not defined Hình 2.3: Biểu diễn role bidder XML Error! Bookmark not defined Hình 2.4: Ví dụ quan hệ loại trừ role Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Thuật toán gán role cho agent Error! Bookmark not defined Hình 4.1: Hệ thống đa đấu giá Error! Bookmark not defined Hình 4.2: Sơ đồ goal hệ thống đa đấu giá Error! Bookmark not defined Hình 4.3: Mô hình lớp agent hệ thống đa đấu giá Error! Bookmark not defined Hình 4.4: Mô hình kiến trúc JADE Error! Bookmark not defined Hình 4.5: Thiết kế phân tầng hệ thống dựa JADE Error! Bookmark not defined Hình 4.6: Khởi động Manager Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.7: Manager Agent đăng ký nhận role Manager Error! Bookmark not defined Hình 4.8: Khởi động Auctioner Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.9: Đăng ký gán role cho Auctioner Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.10: Auctioner Agent chờ trả giá từ phía Bidder Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.11: Khởi động Bidder Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.12: Gán role cho Bidder Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.13: Khởi động nhiều Bidder Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.14: Gán role cho nhiều Bidder Agent Error! Bookmark not defined Hình 4.15: Trả giá phiên đấu giá kiểu Anh Error! Bookmark not defined Hình 4.16: Auctioner đếm thời gian Bidder trả giá cao Error! Bookmark not defined Hình 4.17: Kết thúc phiên đấu giá Error! Bookmark not defined 4 KÝ HIỆU VIẾT TẮT ACL Agent Communication Language AMS Agent Management System BRAIN Behavior Roles for Agent INteraction DF Directory Facilitator DL Description Language FIPA Foundation for Intelligent Physical Agents GaiaEXOA Gaia Extended with Organisation Abstraction GUI Graphics User Interface JADE Java Agent Development Framework MaSE Multiagent Systems Engineering Methodology O-MaSE Open - Multiagent Systems Engineering Methodology ROADMAP Role Oriented Analysis and Design for Multi-Agent Programming UML Unified Modelling Language XML eXtensible Markup Language Mở đầu MỞ ĐẦU Sự phát triển mạnh mẽ môi trƣờng Internet ứng dụng Internet nảy sinh yêu cầu ngày phức tạp đa dạng tính mở tính phân tán cho hệ thống thông tin nói chung Các hệ thống tính toán phân tán nhƣ web ngữ nghĩa (Semantic web), tính toán lƣới (Grid computing), tính toán khắp nơi (ubiquitous computing), P2P (Peer to Peer), mạng xã hội, đƣợc gọi là hệ tự trị phân tán – mở, hệ thông minh phân tán hay hệ đa agent mở đƣợc quan tâm nghiên cứu phát triển [16] Nếu xét cấu trúc hệ thống đặc trƣng quan trọng hệ thống bao gồm thành phần phần mềm tự chủ, có mục đích đƣợc thiết kế riêng tự gia nhập hay rời khỏi hệ thống Có nhiều vấn đề cần quan tâm nghiên cứu phát triển hệ đa agent mở Trong đó, vấn đề thiết kế hệ đa agent mở dựa tổ chức xã hội với role thu hút đƣợc nhiều quan tâm nghiên cứu ([1 25]) Role hiểu vai trò xác định cho phép agent đảm nhiệm hƣớng tới việc thực số chức hệ thống Trong hệ đa agent đóng, role đƣợc biểu diễn nhƣ nhóm tác vụ (task) cố định trách nhiệm đƣợc xác định trƣớc Trong hệ đa agent mở, role đƣợc gán thay đổi trình tƣơng tác agent Việc agent đảm nhận hay không đảm nhận role dựa khả mục tiêu agent trình thực thi hệ thống Nhiều vấn đề đƣợc đƣa xem xét nhƣ mô hình role, quan hệ role, thiết kế dựa role, gán role cho agent…Có nhiều mô hình biểu diễn role hệ đa agent mở đƣợc đƣa Mỗi mô hình biểu diễn role có quan điểm khác kiểu tổ chức đa agent, role; đƣa cách thức biểu diễn role khác có mô tả khác quan hệ role Tƣơng tự nhƣ vậy, cách tiếp cận nhóm nghiên cứu khác đƣa kỹ thuật gán role khác nhƣng có điểm chung là: kỹ thuật gán role phụ thuộc vào mô hình tổ chức tƣơng ứng hệ thống 2 Mở đầu Mục tiêu luận văn tìm hiểu tổng quan hệ đa agent mở phát triển hệ đa agent mở, cách tiếp cận mô hình role gán role hệ đa agent mở Sau đó, luận văn phát triển mô hình role đại số tƣơng tác role dựa mô tả role BRAIN Framework nhóm nghiên cứu Cabri et al ([2 6]) Một thuật toán gán role cho agent hệ đa agent mở đƣợc đƣa thử nghiệm với hệ thống đa đấu giá Nội dung luận văn đƣợc chia thành chƣơng:  Chƣơng 1: Tổng quan hệ đa agent mở Chƣơng giới thiệu tổng quan hệ đa agent đóng mở, khái niệm đặc trƣng hệ đa agent mở Nội dung chƣơng đề cập đến cách tiếp cận phát triển hệ đa agent mở, vấn để role mô hình tổ chức hệ đa agent mở để làm sở cho chƣơng  Chƣơng 2: Mô hình role hệ đa agent mở Chƣơng khái quát cách tiếp cận mô hình hóa role, trình bày chi tiết mô hình role với thành phần biểu diễn sử dụng XML Dựa mô hình biểu diễn này, luận văn xây dựng đại số quan hệ tập role  Chƣơng 3: Kỹ thuật gán role hệ đa agent mở Chƣơng khái quát cách tiếp cận gán role cho agent hệ đa agent mở, sau đề xuất thuật toán gán role áp dụng cho mô hình tổ chức có agent lãnh đạo  Chƣơng 4: Thử nghiệm hệ thống đa đấu giá Chƣơng giới thiệu toán xây dựng hệ thống đa đấu giá thƣơng mại điện tử, trình bày bƣớc phân tích thiết kế hệ thống áp dụng mô hình biểu diễn thuật toán gán role xây dựng chƣơng trƣớc Cuối chƣơng số kết cài đặt, thử nghiệm Cuối Kết luận Tài liệu tham khảo Phần phụ lục giới thiệu số phần chƣơng trình thử nghiệm 3 10 CHƢƠNG 11 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐA AGENT MỞ Chƣơng trình bày tổng quan hệ đa agent mở, khái niệm hệ đa agent mở Vấn đề phát triển hệ đa agent mở đƣợc xem xét Phần cuối chƣơng 1, luận văn trình bày khái quát role tổ chức hệ đa agent mở làm sở cho nội dung chƣơng 1.1 Hệ đa agent mở 11.1.1 1.1.1 Hệ đa agent Hệ đa agent mở Sự phát triển mạnh mẽ Internet hệ thống Internet tạo nên hệ thống tính toán phân tán nhƣ web ngữ nghĩa (Semantic web), tính toán lƣới (Grid computing), tính toán khắp nơi (ubiquitous computing), P2P (Peer to Peer), mạng xã hội Các hệ thống đƣợc gọi là hệ tự trị phân tán – mở hay gọi hệ thông minh phân tán Đặc trƣng quan trọng hệ thống bao gồm thành phần phần mềm tự chủ, có mục đích đƣợc thiết kế riêng tự gia nhập hay rời khỏi hệ thống ([16]) Agent công nghệ Agent đƣợc quan tâm nghiên cứu từ nhiều năm trở lại đây, theo agent đƣợc hiểu là: hệ tính toán hoàn chỉnh hay chƣơng trình đƣợc đặt môi trƣờng định, có khả hoạt động cách tự chủ mềm dẻo môi trƣờng nhằm đạt đƣợc mục đích thiết kế Với đặc trƣng nhƣ: tính tự chủ, tính chủ động, khả phản ứng khả xã hội, agent đƣợc xem cách tiếp cận phù hợp để xây dựng hệ thống mở phân tán Hệ đa agent đƣợc hiểu là: tập agent hoạt động hệ thống, agent có đích khác toàn hệ agent hướng tới mục đích chung thông qua tương tác Hệ đa agent tỏ có nhiều ƣu điểm việc giải toán phức tạp dựa tính agent phối hợp agent Các môi trƣờng dạng toán thích hợp cho hệ đa agent nhƣ:các toán vƣợt khả agent đơn, toán phân tán có nhiều thành phần tự chủ hoạt động xã hội agent (society of agent) tuân theo luật xã hội (social law), toán mà thông tin đƣợc thu thập từ nhiều nguồn khác nhau, toán có thƣơng lƣợng, cộng tác hay cạnh tranh thực thể khác hệ thống Hệ đa agent nhƣ mô tả đƣợc xem hệ đa agent đóng, tức cấu trúc hệ thống không thay đổi trình tƣơng tác Hành vi agent đƣợc thiết kế từ đầu không thay đổi trình hoạt động Tổ chức agent tổ chức cố định Với hệ thống thông minh phân tán, hệ đa agent đóng tỏ không phù hợp Vì vậy, khái niệm hệ đa agent mở đƣợc đƣa Hệ đa agent mở đƣợc hiểu hệ đa agent agent tự gia nhập hay rời khỏi hệ thống có khả tự động thay đổi vai trò tƣơng tác để phù hợp với môi trƣờng Các đặc trƣng hệ đa agent mở đƣợc xem tƣơng đối phức tạp dựa mô hình hệ thống cách tiếp cận Tuy nhiên, tóm lƣợc đặc trƣng bao gồm: ([9], [10], [24], [20], ):  Hệ đa agent mở có cấu trúc tổ chức động phức tạp Các agent tham gia rời khỏi nhóm tổ chức Các nhóm tổ chức tƣơng tác để tạo nên tổ chức mức cao 5  Hệ đa agent mở có tính thích nghi, cấu trúc tổ chức tự động thay đổi cho phù hợp với môi trƣờng bên  Các agent hệ đa agent mở có khả tự thay đổi role (vai trò) tƣơng tác dựa khả agent Một vấn đề đƣợc quan tâm xây dựng mô hình biểu diễn role role kỹ thuật gán role cho agent hệ đa agent mở  Tƣơng tác hệ đa agent mở đƣợc xây dựng dựa luật, giao thức, quyền hạn sử dụng mô hình tích hợp ontology với ontology chung tổ chức Các luật, giao thức thay đổi cho phù hợp với cấu trúc trạng thái tổ chức 11.1.2 1.1.2 Các khái niệm hệ đa agent mở Với đặc trƣng trình bày phần 1.1.1, khái niệm đƣợc xem xét hệ đa agent đóng, hệ đa agent mở quan tâm đến khái niệm sau ([9], [10], [20], [24]):  Goal (đích): tƣơng tự nhƣ hệ đa agent đóng, goal hệ đa agent mở mô tả chức cần đạt đƣợc hệ thống Các goal hệ đa agent mở đƣợc xem xét với quan hệ phức tạp hệ đa agent đóng gồm AND, OR, xác định trƣớc, tạo, hủy, kích hoạt  Role (vai trò): đƣợc định nghĩa thực thể có khả hƣớng tới đƣợc goal cụ thể hỗ trợ để đạt đƣợc goal Nếu nhƣ hệ đa agent đóng, role đƣợc đƣa với tính chất sở để xác định agent hệ đa agent mở role có vai trò định Mỗi role đƣa tập khả yêu cầu tập hành vi tƣơng ứng Vấn đề mô hình biểu diễn role gán role vấn đề thu hút nhiều mối quan tâm thời gian gần  Agent: thực thể phần mềm có tính độc lập, tự chủ hƣớng đích Trong hệ đa agent mở, agent thay đổi hành vi tƣơng tác dựa role (vai trò) Kiến trúc bên trong, tƣơng tác agent, kế hoạch agent hệ đa agent mở phức tạp hệ đa agent đóng khả tự thích nghi thay đổi linh hoạt trình hoạt động  Group (nhóm): Là tập agent có đích giống gần tƣơng tự 6  Organization (tổ chức): tập hợp agent nhóm agent Các agent tổ chức có goal khác chí trái ngƣợc nhƣng phải tuân theo luật tƣơng tác tổ chức  Domain (miền): kết hợp tổ chức với môi trƣờng bên tạo nên giới hạn phạm vi quan tâm cho hệ thống  Protocol (giao thức): tƣơng tác cụ thể agent quan hệ role  Capacity (khả năng) agent: agent tham gia vào hệ đa agent mở đƣợc xem xét dựa khả agent việc đảm nhiệm role cụ thể Vấn đề mô hình hóa khả agent vấn đề đƣợc quan tâm  Plan (kế hoạch) agent: chuỗi hành vi agent hệ thống với ràng buộc, yêu cầu đồng có để hƣớng tới đích  Policy (chính sách): đặc tả luật tổ chức áp dụng cho hành vi agent tổ chức  Ontology: định nghĩa khái niệm miền quan tâm tổ chức Thông thƣờng, ontology hệ đa agent mở hệ ontology ontology chung đƣợc tích hợp từ ontology thành phần Dựa khái niệm trên, nhiều nhóm nghiên cứu xây dựng phƣơng pháp luận xây dựng hệ đa agent mở Trong phần tiếp theo, luận văn trình bày khái quát cách tiếp cận xây dựng hệ đa agent đóng hệ đa agent mở 1.2 Vấn đề phát triển hệ đa agent 11.1.3 1.2.1 Phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent đóng a) Các cách tiếp cận xây dựng phƣơng pháp luận Nhu cầu phát triển ứng dụng phần mềm dựa công nghệ agent năm gần dẫn đến đời nhiều phƣơng pháp luận khác Các phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent đóng đƣợc xây dựng dựa ba cách tiếp cận sau đây:  Cách tiếp cận dựa agent công nghệ agent: cách tiếp cận xây dựng hệ đa agent dựa khái niệm trừu tƣợng hóa mức xã hội nhƣ: nhóm, tổ chức, luật xã hội Tiêu biểu phƣơng pháp luận Gaia, SODA, AALAADIN  Cách tiếp cận phát triển từ hướng đối tượng: cách tiếp cận dựa quan điểm cho kỹ thuật đƣợc phát triển đƣợc áp dụng rộng rãi cho công nghệ phần mềm hƣớng đối tƣợng đƣợc mở rộng cho phần mềm hƣớng agent Các công cụ sử dụng để biểu diễn đối tƣợng phân tích thiết kế hệ thống hƣớng đối tƣợng nhƣ UML hoàn toàn mở rộng để biểu diễn đặc trƣng riêng agent.Các phƣơng pháp luận tiêu biểu gồm: MASSIVE, KGR, MaSE  Cách tiếp cận dựa công nghệ tri thức: nghiên cứu theo cách tiếp cận sử dụng khái niệm trình công nghệ tri thức để xây dựng nên phƣơng pháp luận cho hệ đa agentCác phƣơng pháp luận tập trung vào trình thu thập tri thức (Knowledge acquisition), mô hình tri thức (Knowledge modelling) lập luận đƣợc sử dụng thành phần agent hệ thống phần mềm Tiêu biểu cho cách tiếp cận phƣơng pháp luận nhƣ CoMoMAS, MAS-ComonKADS Mặc dù có cách tiếp cận khác xây dựng mô hình hệ thống dựa khái niệm tổ chức, goal, role, agent, tri thức nhƣng phƣơng pháp luận cho hệ đa agent đóng có chung nhƣợc điểm:  Tổ chức agent cho hệ thống tổ chức cố định có mức Các agent hệ thống tự động tham gia hay rời khỏi tổ chức trình tƣơng tác  Các agent tự động thay đổi role (vai trò) trình tƣơng tác Các role đƣợc gắn cho agent agent bắt đầu hoạt động  Các giao thức mô hình tƣơng tác agent đƣợc thiết kế cố định dựa đích phải đạt đƣợc agent b) Một số phƣơng pháp luận tiêu biểu cho hệ đa agent đóng Có nhiều phƣơng pháp luận cho hệ đa agent đƣợc xây dựng Mỗi phƣơng pháp luận đƣợc áp dụng cho hệ thống cụ thể có ƣu điểm định Một số phƣơng pháp luận cho hệ đa agent đóng gồm:  AALADIN: Một phƣơng pháp dựa ba khái niệm agent, role group, group tập agent đƣợc coi thành phần thực nhiệm vụ nhỏ Tức mức thấp hoàn thành đƣợc nhiệm vụ hệ thống Tuy nhiên, phƣơng pháp role gắn chặt với khái niệm agent nên gây khó khăn cho ngƣời lập trình muốn có đƣợc độc lập role agent  ROPE: Role đƣợc định nghĩa thực thể riêng biệt đƣợc agent đảm nhận cách linh động Phƣơng pháp tập trung nhiều vào cộng tác nên thiếu mối tƣơng tác cạnh tranh agent  GAIA: Mô hình hệ đa agent dƣới dạng tổ chức mà role tƣơng tác Role đƣợc dùng nhiều pha phân tích thiết kế Role có bốn thuộc tính là: trách nhiệm (responsibility), quyền hạn (permission), hoạt động (activity) giao thức (protocol) GAIA cung cấp tập kí hiệu dựa tập kí hiệu FUSION để đặc tả quyền hạn role Ngoài ra, GAIA đƣa đƣợc mô hình tƣơng tác biểu diễn đƣợc phụ thuộc mối quan hệ qua lại role hệ thống Tập yêu cầu (Requirement Statement) Mô hình vai trò (Role model) Mô hình agent (Agent model) Mô hình tương tác (Interaction model) Mô hình dịch vụ (Service model) Mô hình tri thức (Acquaintance model) PHA PHÂN TÍCH PHA THIẾ T KẾ Hình 1.1: Các bƣớc phát triển Gaia  MAS-CommonKADS: phƣơng pháp luận mở rộng từ CommonKADS để áp dụng cho phân tích thiết kế hệ đa agent Đây phƣơng pháp luận theo cách tiếp cận dựa công nghệ tri thức Phƣơng pháp luận thêm vào CommonKADS kỹ thuật phân tích thiết kế hƣớng đối tƣợng nhƣ kỹ thuật mô hình hoá đối tượng (Object Modelling Technique: OMT), thiết kế hướng trách nhiệm (Responsibility Driving Design: RDD) kỹ thuật để mô tả giao thức agent nhƣ ngôn ngữ mô tả đặc tả (Specification and Description Language: SDL) biểu đồ thông điệp (Message Sequence Charts)  MaSE (Multiagent System Engineering) phƣơng pháp luận để phân tích thiết kế hệ phần mềm hƣớng agent đƣợc phát triển nhóm nghiên cứu thuộc Viện Công nghệ Hàng không Hoa Kỳ Quan điểm xây dựng phƣơng pháp luận xem agent nhƣ mức trừu tƣợng cao đối tƣợng: agent xem đối tượng đặc biệt Quá trình phát triển hệ đa agent theo MaSE bao gồm hai pha: pha phân tích pha thiết kế:  Pha phân tích bao gồm bƣớc: Xác định Goal, Xác định Use Case, Xây dựng Ontology Hoàn thiện Role  Pha thiết kế bao gồm bƣớc: Xác định Agent, Xây dựng hội thoại, Hoàn thiện Agent Triển khai hệ thống Toàn trình phân tích thiết kế hệ thống theo phƣơng pháp luận MaSE đƣợc hỗ trợ công cụ agentTool bƣớc đƣợc biểu diễn sơ đồ tƣơng ứng 11.1.4 1.2.2 Phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent mở Do đặc trƣng riêng hệ đa agent mở, phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent mở đƣợc xây dựng theo cách tiếp cận khác Phần lớn phƣơng pháp luận phát triển từ phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent đóng Các hƣớng tiếp cận cho phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent mở đƣợc trình bày chi tiết chƣơng Trong phần này, liệt kê số phƣơng pháp luận cho hệ đa agent mở Các phƣơng pháp luận ROADMAP, GaiaEXOA đƣợc trình bày chi tiết chƣơng  AGR (Agent-Role-Group): Là phƣơng pháp phát triển từ AALADIN Dựa ba khái niệm bản: agent, role, group, phƣơng pháp luận xây dựng cấu trúc hệ thống agent đảm nhiệm nhiều role chia sẻ đặc tính chung tham gia vào nhóm tổ chức AGR đƣa giao thức tƣơng tác nhƣng sở cho giao thức đơn giản  ROADMAP: Đây phƣơng pháp luận phát triển từ Gaia, bổ sung mô hình tri thức (Knowledge Model) mô hình môi trƣờng (Environment Model) để đƣa 10 cách nhìn rõ ràng tổ chức thuộc tính liên quan Các pha chi tiết phƣơng pháp luận đƣợc trình bày chƣơng  GaiA-EXOA : Đây phƣơng pháp luận phát triển từ Gaia đƣa đặc tả rõ ràng tổ chức giao thức tƣơng tác Chi tiết phƣơng pháp luận đƣợc trình bày chƣơng  RoleEP (Role based Evolution Programming): Hỗ trợ nhiều cho việc phát triển ứng dụng cộng tác agent tƣơng tác với để đạt đƣợc mục tiêu chung Phƣơng pháp dựa bốn khái niệm môi trƣờng, đối tƣợng, agent role Tuy nhiên, phƣơng pháp hỗ trợ cho giai đoạn cài đặt trình phát triển  MOISE+: phƣơng pháp luận đƣa mô hình tổ chức mô hình hệ thống theo ba khía cạnh: cấu trúc, chức deontic Các agent đƣợc thiết kế dựa tập goal, agent đƣợc xây dựng kế hoạch (plan) thực nhiệm vụ (mission) để hƣớng tới đích  Prometheus: phƣơng pháp luận theo cách tiếp cận hƣớng agent agent đƣợc thiết kế sử dụng mô hình BDI Khi áp dụng cho hệ đa agent mở, phƣơng pháp tập trung vào việc mô tả role kế hoạch cho agent  BRAIN: Hỗ trợ tất giai đoạn trình phát triển hệ thống Phƣơng pháp có tập kí hiệu dựa XML để đặc tả role có sở hạ tầng tƣơng tác (interaction infrastructure) để giúp agent quản lý role  O-MaSE ([9], [10], [11]): Đây phƣơng pháp luận phát triển từ MaSE Với ƣu điểm tƣơng đối đơn giản có đầy đủ công cụ hỗ trợ, phƣơng pháp luận đƣợc áp dụng hiệu cho nhiều toán khác Phƣơng pháp luận đƣợc lựa chọn để phát triển ứng dụng thử nghiệm chƣơng nên đƣợc xem xét kỹ phần 1.2.3 11.1.5 1.2.3 Phƣơng pháp luận O-MaSE Phƣơng pháp luận O-MaSE đƣợc xây dựng sở mô hình OMACS, phát triển từ siêu mô hình MaSE đƣa sở cho phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent mở Điểm khác biệt mô hình quan điểm cho rằng: agent đảm nhận role dựa lực yêu cầu cần phải có để đáp ứng role khả 11 agent Các agent tự thích nghi khả để đƣợc đảm nhận role phù hợp nhằm hƣớng tới việc hoàn thành tập goal đƣợc yêu cầu Hình 1.2 mô tả quan hệ mô hình OMACS Hình 1.2: Mô hình OMACS Trong OMACS, tổ chức đƣợc định nghĩa O = đó:  G: tập goal (đích) tổ chức  R: tập roles  A: tập agent  C: tập lực (capabilities)  : quan hệ tập G x R x A (các phép gán agent/role/goal) 12  P: tập ràng buộc   : mô hình miền, sử dụng để đặc tả đối tƣợng môi trƣờng quan hệ chúng  oaf: hàm P(G x R x A) → [0 ], cho biết chất lượng tập phép gán agent/role/goal  archieves: hàm G x R → [0 1], cho biết role có khả đạt đƣợc goal mức độ  requires: hàm R → P(C): tập khả yêu cầu để đảm nhận role  possesses: A x C → [0 1]: cho biết chất lƣợng khả với agent cụ thể OMACS định nghĩa thêm hai hàm bổ sung gồm:  capable: hàm A x R → [0 1]: cho biết agent đảm nhận role tốt mức độ (đƣợc tính toán từ requires posseses)  potential: hàm A x G x R → [0 1]: cho biết agent đảm nhận role để hƣớng đến goal cụ thể tốt mức độ (đƣợc tính toán dựa capable archieves) Dựa mô hình OMACS, nhóm nghiên cứu DeLoach đƣa bƣớc phƣơng pháp luận O-MaSE Đặc điểm O-MaSE là: kế thừa ký hiệu, cú pháp đặc tả quen thuộc hƣớng đối tƣợng nhƣ: lớp, quan hệ (gộp, kế thừa, cộng hợp, phụ thuộc) dựa thành phần quan hệ mô hình OMACS để định nghĩa đối tƣợng (hoặc quan hệ) nhƣ: tác nhân (external actor), giao thức (protocol), thông điệp (message), kế hoạch (plan), đối tƣợng môi trƣờng (environment objects) 13 System Requirements /Definition Models Goal Goal Model Goal Refinement GMoDS Goal Model Models Organization Organization Model Models Roles Role Model Models Agent Classes Agent Class Model Models Protocol Protocol Model Models Plan Hình 1.3: Các bƣớc phát triển hệ đa agent mở theo O-MaSE Hình 1.3 mô tả sơ đồ tổng quát bƣớc O-MaSE Ngoài bƣớc đƣợc mô tả nhƣ trên, O-MaSE định nghĩa thêm số bƣớc phụ, gồm:  Mô hình hóa miền (domain model): đặc tả môi trƣờng miền lĩnh vực quan tâm hệ thống Bƣớc này, có, đƣợc đặc sau bƣớc xây dựng mô hình role sở để xác định lớp agent  Mô hình hóa sách (policy model): mô tả ràng buộc hoạt động agent tƣơng tác chúng Là bƣớc phụ pha thiết kế  Mô hình lực (capacity model): mô tả khả agent nhằm hƣớng đến việc đảm nhiệm role Là bƣớc phụ pha thiết kế  Mô hình hành động (action model): mô tả chi tiết hoạt động bên agent đảm nhiệm role cụ thể Là bƣớc phụ pha thiết kế 11.2 1.3 Mối quan hệ role mô hình tổ chức hệ đa agent mở 14 11.2.1 1.3.1 Vai trò role thiết kế hệ đa agent mở Nhƣ trình bày phần 1.1, role khái niệm quan trọng xem xét hệ đa agent mở Có thể hiểu role tập hợp chuẩn mực, mô tả, quy tắc khái niệm cho hành vi người vị trí xã hội Từ lâu, khái niệm role đƣợc sử dụng phát triển phần mềm nhƣ công cụ cho hoạt động nhƣ: mô hình hóa hệ thống, phân tích thiết kế hệ thống, mô tả tƣơng tác, quản lý nguồn nhân lực Trong phát triển phần mềm hƣớng đối tƣợng với UML , role đƣợc sử dụng để xây dựng tập hành vi mà đối tƣợng áp đặt lên đối tƣợng khác, thành phần biểu đồ cộng tác, dùng để mô tả lớp giao diện Tuy nhiên, role khái niệm có vai trò định phân tích thiết kế hƣớng đối tƣợng Trong phát triển hệ đa agent đặc biệt hệ đa agent mở, nhiều nghiên cứu khẳng định role khái niệm có vai trò định ([2 25]) Theo Zambonelli ([3,4]), role đƣợc định nghĩa tập khả năng, hành vi mong đợi tri thức mà agent dùng đến cần Có thể hiểu, role cung cấp tập khả mà agent sử dụng trình hƣớng tới đích đƣợc thiết kế Xét quan điểm phát triển hệ thống, hệ đa agent đóng, role đƣợc biểu diễn nhƣ nhóm tác vụ (task) cố định trách nhiệm đƣợc xác định trƣớc Trong hệ đa agent mở, role đƣợc gán thay đổi trình tƣơng tác agent Việc agent đảm nhận hay không đảm nhận role dựa khả mục tiêu agent trình thực thi hệ thống Các phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent mở, giới thiệu phần 1.2.2, coi role khái niệm quan trọng để tiến trình phát triển phần mềm Mỗi phƣơng pháp quan tâm mức độ với khái niệm nhƣ tổ chức, goal, protocol hay cài đặt hệ thống nhƣng coi trọng khái niệm role (xem Bảng so sánh 1.1) Phƣơng pháp luận Pha phân tích Tổ chức Pha thiết kế Goal Role Agent Protocol Cài đặt hệ thống Plan 15 Tropos + + ++ ++ ++ ++++ ROADMAP +++ + +++ + +++ ++ +++ GaiA-EXOA +++ + +++ + +++ + + O-MaSE ++ +++ ++ ++ ++ +++ ++++ Bảng 1.1: So sánh phƣơng pháp luận cho hệ đa agent mở Luận văn sâu vào hai vấn đề quan trọng phát triển hệ đa agent mở dựa role xây dựng mô hình biểu diễn role (chƣơng 2) đƣa thuật toán gán role áp dụng cho mô hình tổ chức cụ thể (chƣơng 3) Phần chƣơng khái quát mô hình tổ chức nói chung quan điểm role gán role cho agent mô hình tổ chức 11.2.2 1.3.2 Role mô hình tổ chức hệ đa agent mở Dựa cấu trúc tổ chức xã hội ngƣời, nhiều nhóm nghiên cứu khác đƣa nhiều dạng tổ chức đa agent khác Sự khác biệt dạng tổ chức chất tƣơng tác vai trò agent tham gia tổ chức Trong tài liệu [15], nhóm B Horling V Lesser tổng kết dạng tổ chức đa agent Phần trình bày vắn tắt kiểu tổ chức theo đặc trƣng suy nghĩ vấn đề gán role cho agent theo kiểu tổ chức Tổ chức kiểu (Hierarchies) Đặc trƣng kiểu tổ chức đƣợc xây dựng dựa cấu trúc phân rã tập goal hệ thống Các agent tham gia vào hệ thống để đảm nhận goal hệ thống theo cách tiếp cận chia để trị Một đặc điểm quan trọng kiểu tổ chức cố gắng giảm thiểu quan hệ “rộng rãi” agent với nhiều agent khác Các agent quan hệ với agent mức (node cha cây) mức dƣới (node cây) 16 Các role đƣợc gán cấu trúc hoàn toàn theo cấu trúc phân rã goal task hệ thống Mỗi agent tham gia hệ thống có tập khả tƣơng ứng với vị trí đƣợc gán role tƣơng ứng để hƣớng tới goal đƣợc yêu cầu cho node Tổ chức Holarchies Đặc trƣng kiểu tổ chức hệ thống đƣợc chia thành nhóm có tính chất tự chủ (ở mức độ đó) gọi holon Một agent thuộc nhóm nhóm thuộc nhóm lớn Mỗi nhóm nhƣ thƣờng gồm agent hƣớng đến việc thực tác vụ Có thể xem kiểu tổ chức trƣờng hợp riêng tổ chức kiểu cho phép số tƣơng tác node quan hệ cha trực tiếp Gán role tổ chức Holarchies dựa cấu trúc phân rã goal task hệ thống Tuy nhiên, khác với cấu trúc cây, role tƣơng ứng với node mà cần xem xét tƣơng tác (ràng buộc) node Mỗi node nhiều agent nhóm Tổ chức kiểu liên minh (coalition) Đặc trƣng kiểu tổ chức liên minh tập agent hệ thống “liên minh” với để hƣớng tới đích chung thời gian Trong liên minh, có agent lãnh đạo Khi liên minh lại liên minh tƣơng tác với nhƣ thực thể Không có phối hợp agent liên minh khác Gán role cho tổ chức kiểu liên minh đƣợc định agent lãnh đạo (nếu có) Tại thời điểm agent phải liên minh, agent lãnh đạo agent điều phối chung xác định phân chia role cho agent tham gia để hƣớng tới đích chung Tổ chức kiểu đội (team) Đặc trưng kiểu tổ chức đội (team) agent đội (team) có hành động riêng nhƣng hỗ trợ để đạt tới đích chung Các agent hoạt động theo “kế hoạch chung” xác định trƣớc 12 TÀI LIỆU THAM KHẢO 17 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] Ben-Ameur, H., Chaib-draa, B and Kropf, P (2002), “Multi-item Auctions for Automatic Negotiation”, Journal of Information and Software Technology, 44:291-301, 2002 Cabri, G., Ferrari, L., Leonardi, L (2004), “Agent Role-based Collaboration and Coordination: A Survey about existing Approaches”, http://agentgroup.ing.unimo.it/MOON/papers/pdf/SMC04.pdf Cabri, G., Leonardi, L., Zambonelli, F (2003) “Role-based Interaction Infrastructures for Internet Agents”, http://agentgroup.ing.unimo.it/MOON/papers/pdf/TIS03.pdf Cabri, G., Leonadi, L., Zambonelli, F (2003), “XRole: XML Roles for agent Interaction”, http://www.ofai.at/research/agents/conf/at2ai3/final/at2ai3Cabri.pdf.gz Cabri, G (2006), “Agent Composition via role-based infrastructures”, Scalable Computing: Practice and Experience, Vol 7, No 1, pp 37-47, ISSN: 1895-1767, March 2006 Cabri, G., Ferrari, L., Leonardi, L (2004), “Rethinking agent roles: Extending the role definition in the BRAIN Framework”, SMC (6) 2004: 5455-5460 Robichez de Carvalho, G., Paes, R., Lucena, C (2005), “Extensions on Interaction Laws in Open Multi-Agent Systems”, http://www.les.inf.pucrio.br/seas2005/file/gCarvalho.pdf Dang, V D., Jennings, N R (2003), “Optimal clearing algorithms for multi-unit single-item and multi-unit combinatorial auctions with demand/supply function bidding.”, ICEC 2003, Pittsburgh, Pennsylvania, USA DeLoach, S.A (2006), “Engineering Organization-Based Multiagent System”, SELMAS 2005, pp.109-125, 2006 DeLoach, S.A., Garcia-Ojeda, J.C., Oyenan, W.H., Velenzuela, J (2006) “O-MaSE: A Customizable Approach to Developing Multiagent Development Process”, http://macr.cis.ksu.edu/publications/AOSE_07_OMaSE.pdf DeLoach, S.A., (2007), “Developing a Multiagent Conference Management System Using the O-MaSE Process Framework”, AOSE 2007: 168-181 Dastani, M., Riemsdijk, M B., Hulstijin, J., Dignum, F., Meyer, J C (2004) “Enacting and Deacting Roles in Agent Programming”, In Proc of the 5th Int Workshop on AOSE, page 3382, 2004 Dastani, M., Dignum, V., Dignum, F (2005), “Role-Assignment in Open Agent Societies”, in Proceedings of AAMAS'03 Juan T., Pearce, A, Sterling, L., (2002), “ROADMAP: Extending the Gaia Methodology for Complex Open Systems”, Proceedings of the 2002 Autonomous Agents and Multi-Agent Systems , http://eprints.kfupm.edu.sa/62757/1/62757.pdf 18 [15] Horling, B., Lesser, V., (2005) “A Survey of Multi-agent Organizational Paradigms”, The Knowledge Engineering Review, Volume 19, Number 4, Cambridge University Press, pp 281-316 2005 [16] Huynh, T D., Jennings, N R., and Shadbolt, N.R., (2006) “An integrated trust and reputation model for open multi-agent systems”, Journal of Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, 13 (2) pp 119-154 ISSN 1387-2532 [17] van Eijk, R M., de Boer, F S., van der Hoek W., and Meyer, J C., (2000)“Open Multi-Agent Systems: Agent Communication and Integration”, http://eprints.kfupm.edu.sa/55845/1/55845.pdf [18] Karageogos, A., Thompson, S., Mehandjiev, N., (2003),“Specifying reuse concerns in agent system design using a role algebra”, In: Agent Technologies, Infrastructures, Tools, and Applications for e-Services Lecture Notes in Artificial Intelligence LNAI, 2592 Springer-Verlag ISBN 3-540-00742-3 [19] Kendall, E A., (2001), “Agent roles and role models: New abtractions for intelligent agent systems analysis and design”, http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.51.6919&rep=rep1&type =pdf [20] Odell, J., Parunak, H.V.D., Brueckner, S., Sauter, J., (2003), “Changing roles: Dynamic role assignment”, Journal of Object Technology, (5) (2003) 77-86 [21] Odell, J., Nodine, M., Levy, R., (2005) “A Metamodel for Agents, Roles and Groups”, In Procs of Agent Oriented Software Engineering Workshop (AOSE2004), 2005 [22] Odell, J., Parunak, H.V.D., Fleischer, M., (2004) “The role of roles in designing effective agent organizations”, In Software Engineering for Large-Scale MultiAgent Systems, LNCS 2603, pages 27—38 [23] Xu, H., Zhang, X., (2005), “A Methodology for role-based modelling of open multiagent software system”, In Proceedings of the 7th International Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2005) [24] Xu, H., Zhang, X., Patel, R J., (2007), “Developing role-based open multi-agent software systems”, Int J Comput Intell Theory Pract 2, No 1, 39-56 Zambonelli, F., Jennings , N R., Wooldridge, M., (2003) “Developing multiagent systems: The Gaia methodology”, ACM Transactions on Software Engineering and Metho [...]... thuật toán gán role áp dụng cho một mô hình tổ chức cụ thể (chƣơng 3) Phần tiếp theo của chƣơng 1 sẽ khái quát các mô hình tổ chức nói chung và quan điểm về role và gán role cho agent trong các mô hình tổ chức đó 11.2.2 1.3.2 Role trong các mô hình tổ chức của hệ đa agent mở Dựa trên cấu trúc tổ chức xã hội con ngƣời, nhiều nhóm nghiên cứu khác nhau đã đƣa ra rất nhiều dạng tổ chức đa agent khác nhau... dựng mô hình biểu diễn role role và các kỹ thuật gán role cho agent trong hệ đa agent mở  Tƣơng tác trong hệ đa agent mở đƣợc xây dựng dựa trên các luật, các giao thức, quyền hạn và sử dụng mô hình tích hợp ontology với ontology chung của tổ chức Các luật, các giao thức cũng có thể thay đổi cho phù hợp với cấu trúc và trạng thái mới của tổ chức 11.1.2 1.1.2 Các khái niệm cơ bản trong hệ đa agent mở. .. trong hệ thống Hệ đa agent nhƣ mô tả trên đƣợc xem là hệ đa agent đóng, tức là cấu trúc hệ thống không thay đổi trong quá trình tƣơng tác Hành vi của các agent đƣợc thiết kế từ đầu và không thay đổi trong quá trình hoạt động Tổ chức của agent cũng là tổ chức cố định Với các hệ thống thông minh phân tán, hệ đa agent đóng tỏ ra không phù hợp Vì vậy, khái niệm hệ đa agent mở đƣợc đƣa ra Hệ đa agent mở đƣợc... tiếp cận khác nhau và xây dựng mô hình hệ thống dựa trên các khái niệm tổ chức, goal, role, agent, tri thức nhƣng các phƣơng pháp luận cho hệ đa agent đóng đều có chung các nhƣợc điểm:  Tổ chức agent cho hệ thống là tổ chức cố định và chỉ có một mức Các agent trong hệ thống không thể tự động tham gia hay rời khỏi tổ chức trong quá trình tƣơng tác  Các agent không thể tự động thay đổi role (vai trò)... hoạt động bên trong của agent khi đã đảm nhiệm một role cụ thể Là một bƣớc phụ trong pha thiết kế 11.2 1.3 Mối quan hệ giữa role và mô hình tổ chức trong hệ đa agent mở 14 11.2.1 1.3.1 Vai trò của role trong thiết kế hệ đa agent mở Nhƣ đã trình bày trong phần 1.1, role là một khái niệm quan trọng khi xem xét hệ đa agent mở Có thể hiểu role là tập hợp các chuẩn mực, mô tả, quy tắc và khái niệm cho hành... đƣợc xem xét trong hệ đa agent đóng, trong hệ đa agent mở quan tâm đến các khái niệm sau ([9], [10], [20], [24]):  Goal (đích): tƣơng tự nhƣ trong hệ đa agent đóng, goal trong hệ đa agent mở mô tả một chức năng cần đạt đƣợc của hệ thống Các goal trong hệ đa agent mở đƣợc xem xét với các quan hệ phức tạp hơn trong hệ đa agent đóng gồm AND, OR, xác định trƣớc, tạo, hủy, kích hoạt  Role (vai trò): đƣợc... là hệ đa agent trong đó các agent có thể tự do gia nhập hay rời khỏi hệ thống và có khả năng tự động thay đổi vai trò trong tƣơng tác để phù hợp với môi trƣờng Các đặc trƣng của hệ đa agent mở đƣợc xem là tƣơng đối phức tạp và dựa trên mô hình hệ thống của mỗi cách tiếp cận Tuy nhiên, có thể tóm lƣợc các đặc trƣng cơ bản bao gồm: ([9], [10], [24], [20], ):  Hệ đa agent mở có cấu trúc tổ chức động và. .. trúc tổ chức động và phức tạp Các agent có thể tham gia hoặc rời khỏi nhóm hoặc tổ chức Các nhóm và tổ chức này tƣơng tác để tạo nên tổ chức mức cao hơn 5  Hệ đa agent mở có tính thích nghi, cấu trúc tổ chức tự động thay đổi cho phù hợp với môi trƣờng bên ngoài  Các agent trong hệ đa agent mở có khả năng tự thay đổi role (vai trò) trong tƣơng tác dựa trên khả năng của agent đó Một trong những vấn đề... trong hệ đa agent đóng, các role đƣợc đƣa ra với tính chất là cơ sở để xác định các agent thì trong hệ đa agent mở role có vai trò quyết định Mỗi role đƣa ra tập các khả năng yêu cầu và tập hành vi tƣơng ứng Vấn đề mô hình biểu diễn role và gán role là vấn đề thu hút nhiều mối quan tâm trong thời gian gần đây  Agent: là thực thể phần mềm có tính độc lập, tự chủ và hƣớng đích Trong hệ đa agent mở, agent. .. agent mở là một hệ ontology trong đó ontology chung đƣợc tích hợp từ các ontology thành phần Dựa trên các khái niệm trên, nhiều nhóm nghiên cứu đã xây dựng các phƣơng pháp luận xây dựng hệ đa agent mở Trong phần tiếp theo, luận văn sẽ trình bày khái quát các cách tiếp cận xây dựng hệ đa agent đóng và hệ đa agent mở 1.2 Vấn đề phát triển hệ đa agent 11.1.3 1.2.1 Phƣơng pháp luận phát triển hệ đa agent