戴日光

摘要：泛在網(wǎng)絡(luò)是為人們提供了一個無所不在的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展目標，它能夠在不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)間無需預(yù)配置或者離線交涉就能進行透明合作。該文研究了基于多代理服務(wù)的泛在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，對其結(jié)構(gòu)進行了闡述和分析，將泛在網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)抽象出信念、期望、義務(wù)和能力等服務(wù)成分的Agent組成的服務(wù)系統(tǒng)。并通過舉例形式針對泛在網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)感知問題進行了基于多Agent的形式邏輯描述。

關(guān)鍵詞：多代理系統(tǒng)；泛在網(wǎng)絡(luò)；服務(wù)感知；代理通信

中圖分類號：TP18文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012) 02-0274-04

Model Design Based on Multi-Agent for Service-aware in Ubiquitous Network

DAI Ri-guang

(Hunan Institute of Technology, Electronic Information Department, Hengyang 421008, China)

Abstract: Ubiquitous network provide an omnipresent network, so can carry through clear cooperation between the different structure without the configuration or offline diplomacy. We studies and analysis the network structure base on multi-agent, and abstract the net? work service by faith, expectations, obligations and ability of the composition of service agent.

Key words: Multi-Agent; ubiquitous network; service-aware; agent communication

隨著全球網(wǎng)絡(luò)信息的發(fā)展，當前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的趨勢將是能夠提供更為豐富的定制化業(yè)務(wù)，除了能提供無縫化服務(wù)業(yè)務(wù)外，還能提供個性化的服務(wù)業(yè)務(wù)。不同于網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)性，未來的業(yè)務(wù)環(huán)境將趨于整合統(tǒng)一，因此網(wǎng)絡(luò)信息服務(wù)的泛在性將成為信息服務(wù)發(fā)展的必然趨勢。泛在網(wǎng)絡(luò)的涵義簡單來說就是無所不在的網(wǎng)絡(luò)，它是融合了各種信息處理與通信技術(shù)以及相應(yīng)的傳輸平臺，并且可以為以后的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境提供相應(yīng)的服務(wù)模式，它涉及通信技術(shù)的傳輸業(yè)務(wù)與服務(wù)業(yè)務(wù)；利用網(wǎng)絡(luò)建立的平臺可以構(gòu)建一個不受地點、時間和用戶限制的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。正是由于泛在網(wǎng)絡(luò)的分布地域廣、組成異構(gòu)等特性，因此對其進行管理也將變得異常龐雜。

當前，人工智能的理論研究方興未艾，利用多代理系統(tǒng)相關(guān)理論及相關(guān)技術(shù)來解決智能領(lǐng)域的關(guān)鍵問題已成為智能領(lǐng)域研究人員的研究熱點之一。本文通過分析當前多代理技術(shù)相關(guān)理論，提出了一種基于多代理系統(tǒng)服務(wù)感知模型。在該模型中，用agent來表達相應(yīng)的服務(wù)提供者，對應(yīng)地，多代理系統(tǒng)用來代替相應(yīng)的服務(wù)機構(gòu)。并且著重對模型框架中的代理網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行了研究。并用一個具體實例對代理間協(xié)同進行了說明。

1泛在網(wǎng)絡(luò)與代理技術(shù)

1.1泛在網(wǎng)絡(luò)

泛在網(wǎng)絡(luò)[1-7]給人們服務(wù)發(fā)展帶來了一種新的變革，以后的服務(wù)系統(tǒng)將會是一個異構(gòu)型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它把不同的通信技術(shù)進行融合，為人們提供一個有安全保障，可靠服務(wù)的多業(yè)務(wù)的無縫接入。隨著人們的深入研究，泛在網(wǎng)絡(luò)承擔的任務(wù)和服務(wù)也變得更加多樣化，如何解決各種技術(shù)融合協(xié)同以及它們之間的互通和互操作將成為研究人員關(guān)注的目標。這些技術(shù)包括資源分配管理、便攜移動管理、服務(wù)質(zhì)量(QoS)、體系架構(gòu)問題、安全可靠性問題等眾多關(guān)鍵技術(shù)問題[1]，解決這些技術(shù)問題需要研究人員付出更多的智慧[4]：

1）局部自治性：在泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，各服務(wù)系統(tǒng)間各自獨立，相互之間的溝通和協(xié)作能力并不通暢，缺乏協(xié)同完成服務(wù)任務(wù)的愿景。使得系統(tǒng)效用和性能并不理想。

2）環(huán)境的異構(gòu)性：在泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，由于網(wǎng)絡(luò)中各種軟硬件以及數(shù)據(jù)信息資源差異很大，特別是體系結(jié)構(gòu)的差異，造成各網(wǎng)絡(luò)之間的融合變得十分困難和復(fù)雜。

3）環(huán)境的混沌性：在泛在網(wǎng)絡(luò)中，各種軟硬件資源及信息數(shù)據(jù)的急劇膨脹，這些信息數(shù)據(jù)相互交織，不斷更新，并且由于沒有有效的組織和管理，使得網(wǎng)絡(luò)中混沌狀態(tài)十分明顯。這使得對網(wǎng)絡(luò)的管理和控制變得十分困難。

1.2 Agent技術(shù)

Agent就是在某個環(huán)境中能夠有傳感器感知外界，并通過效應(yīng)器對外界實施動作的實體。它不但能夠完成給定的任務(wù)，也能夠通過賦予的智能主動預(yù)測任務(wù)需求，并能夠依據(jù)智能體來搜索任務(wù)完成路徑，通過獲取的相關(guān)信息進行決策判斷。目前，多Agent及其它們之間的交互才能真正實現(xiàn)分布式智能，所以多Agent是當前Agent研究的重點。

通常認為，代理具有如下幾個特征[8]:

1）自治性，能夠依據(jù)自身的經(jīng)驗來決定它的功能，并且可以控制自身的動作及狀態(tài);

2）社會性，能夠主動與其他代理進行溝通并交互，以此來完成任務(wù)。

3）反應(yīng)性，能夠及時響應(yīng)周邊事物的變化，它們都是基于代理規(guī)則庫中的知識來決策的。

4）主動性，能夠感知一些信息來觸發(fā)啟動，從而完成任務(wù)目標的相關(guān)活動。

除了上述的幾個特征外，代理還加入了一些人類智能才具有的某些特性，如學習知識、意圖、推理、決策等。通常認為一個代理的組成模塊有：代理間通信模塊、控制用模塊、推理用模塊、用于消息存儲的模塊和相關(guān)數(shù)據(jù)庫。圖1給出了代理的組成結(jié)構(gòu)。

圖1代理組成模塊

2基于Multi-Agent的泛在網(wǎng)絡(luò)

單個Agent及其和環(huán)境的關(guān)系固然很重要，但是多Agent以及它們之間的交互才能真正實現(xiàn)分布式智能，所以多Agent及其建模是Agent研究的熱點。針對未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展情況，需解決以下2個關(guān)鍵的問題:第一，需要在技術(shù)層面上豐富多樣性，以便適應(yīng)系統(tǒng)的更新，以便滿足不同類型的程序服務(wù);第二，在網(wǎng)絡(luò)的組織結(jié)構(gòu)上的異構(gòu)性將變得更加明顯，以便滿足混合網(wǎng)絡(luò)類型的變換環(huán)境。為解決以上2個關(guān)鍵問題，泛在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)允而生，它能夠使用戶能在任何時間、地點接入需要的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。本文在此基礎(chǔ)上，針對目前泛在網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢，利用代理間的相互協(xié)作和協(xié)商來完成服務(wù)需求。

2.1基于Multi-Ageat的泛在網(wǎng)絡(luò)模型

如圖2所示基于多Ageat的網(wǎng)絡(luò)模型。圖中將服務(wù)網(wǎng)絡(luò)分為了3個層次:服務(wù)層，為用戶管理相應(yīng)的服務(wù)業(yè)務(wù)，它涵蓋對應(yīng)的內(nèi)容服務(wù)器?？刂茖樱搶又饕删W(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器組成，它主要是把接入用戶的服務(wù)請求，以及對服務(wù)業(yè)務(wù)進行分類管理和運作。連通層，它主要是由路由器和交換機組成，用來連接相應(yīng)的骨干網(wǎng)或者接入網(wǎng)絡(luò)。用戶和網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)變得透明，這是由于代理對外界隱藏了網(wǎng)絡(luò)之間相互協(xié)同工作的細節(jié)問題?？刂茖优c服務(wù)層之間用服務(wù)代理來實現(xiàn)連接，依據(jù)泛在網(wǎng)絡(luò)的特性我們把服務(wù)代理分為義務(wù)服務(wù)代理、愿望服務(wù)代理、能力服務(wù)代理和信念服務(wù)代理四個部分組成。

圖2基于服務(wù)感知服務(wù)的多代理網(wǎng)絡(luò)模型

1）服務(wù)代理:用來連接服務(wù)層與控制層，它把高層下來的服務(wù)通過服務(wù)代理接入到控制層，然后向控制層發(fā)出連接建立命令，以便進行端到端的連接，并且對連接實現(xiàn)維持和終止請求。除此之外，還可以向上層報告底層網(wǎng)絡(luò)一些信息，使得服務(wù)層可以更好的使用服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

2）協(xié)商模塊:通過代理網(wǎng)絡(luò)間的通信，并利用相應(yīng)的智能實現(xiàn)代理間的決策功能。通過對網(wǎng)絡(luò)當前資源狀態(tài)、客戶服務(wù)要求等進行規(guī)劃安排,按照決策規(guī)則調(diào)整各自的決策部署行為,最大程度地滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效益，通過協(xié)商可以保證對代理間交互自治性,在代理之間達成決策需要的協(xié)定。

3）接入代理：它包括用戶與連通層之間的內(nèi)部通訊協(xié)議，用來用戶與連通層之間信息交換通過對應(yīng)的通信協(xié)議來保證用戶服務(wù)信息的可靠性和有效性，從而也保證了服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的自治性。

圖2中，除了代理模塊中的義務(wù)服務(wù)代理、愿望服務(wù)代理、能力服務(wù)代理、信念服務(wù)代理外還包括其他服務(wù)應(yīng)用需要的一些代理輔助完成控制功能，這些服務(wù)代理使得網(wǎng)絡(luò)能隨時滿足用戶的各種服務(wù)需求。

2.2 Agent之間的通信

Agent之間交互與協(xié)調(diào)是通過Agent之間的通信來完成的。當前Agent在完成了對其他Agent的建模之后，如果要對其他Agent進行控制和協(xié)調(diào)，比如改變其他Agent的目標，知識或者是對環(huán)境的置信，就應(yīng)該通過通信動作來完成。

當前Agent可以通過兩類方法來有意地影響其他Agent的動作。如果當前Agent知道其他Agent如何對其環(huán)境的變化做出反應(yīng)，那么當前Agent就可以通過改變環(huán)境來達到所需的效果。

目前，代理間通信語言最著名的是KQML，它是一種基于消息的通信協(xié)議，提供了標準格式來表達消息的處理過程，并且能夠支持代理之間的實時消息共享。

KQML的消息語法，，如圖3所示是一般的KQML消息語法，圓括號的起始處為行為原語名稱，其余以冒號開頭的是KQML的保留關(guān)鍵字。

KQML的語法并不復(fù)雜，采用類似LISP的基于括號表語法描述，用一個通信原語名稱作為開頭，后面包括一組參數(shù)名稱和參數(shù)值。典型的KQML語法如下所示:

(Performative

:sender //發(fā)送方

:receiver //接收方

:in-reply-to//觸發(fā)消息

:reply-with//對消息的期望應(yīng)答

:content()//消息的內(nèi)容

:language//內(nèi)容層所使用的語言)

協(xié)商決策比較復(fù)雜，有多重方案可選，目前還沒有一種方案可以適應(yīng)所有的情況，文獻9給出了代理之家進行決策的模型，它主要是讓每個代理用各自的屬性及特征，在對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中使用對應(yīng)的策略進行協(xié)商，以完成相應(yīng)的服務(wù)。Agent之間達成協(xié)定的前提條件描述如下[9]:

給定一包含有限數(shù)目agent的集合AG,

AG= {A1,A2,…,An},其中n> 1

協(xié)商目標Oc可由全局目標的有限集合BG定義,

Oc= {Bg1,Bg2,…,Bgm Bgi∈BG,m≥1},

則協(xié)商的模型可以表示為:

Mod= {Ag,Oc ,Ag?AG}

需要注意的是,agent只有在保證自身局部目標的前提下,才能達成全局目標協(xié)定.以BL代表某個agent的局部目標集,則agent通過協(xié)商達成雙方均可接受的協(xié)定的前提條件為:

AG×Oc→BL.

3應(yīng)用實例

針對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的特點，我們以一個服務(wù)實例來闡述網(wǎng)絡(luò)間服務(wù)業(yè)務(wù)的服務(wù)過程，網(wǎng)絡(luò)收到一個新服務(wù)請求接入到服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)查詢此服務(wù)所需的資源，同時觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)代理向其他網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)代理發(fā)起通信，并根據(jù)服務(wù)決策按照需求來借用鄰近的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)資源，以完成此次服務(wù)請求。我們參照借用經(jīng)濟學中的招投標方式來進行說明如下：

圖3服務(wù)代理間協(xié)同流程圖

代理間的協(xié)同流程如圖3所示，其中的服務(wù)代理我們依然包括四種服務(wù)代理，為簡化說明，我們用agent-A表達能力服務(wù)代理，用agent-B表達義務(wù)服務(wù)代理，用agent-C表達愿望服務(wù)代理，用agent-D表達信念服務(wù)代理。

步驟1：首先服務(wù)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)代理向網(wǎng)絡(luò)發(fā)出服務(wù)需求招標。

步驟2：網(wǎng)絡(luò)代理按照給出的決策依據(jù)回復(fù)投標。

步驟3：如果代理決策發(fā)現(xiàn)自身資源不足，則可按照決策依據(jù)向向鄰近網(wǎng)絡(luò)發(fā)出任務(wù)招標，并可拒絕此次投標。

步驟4：網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)代理根據(jù)自身網(wǎng)絡(luò)的資源情況進行投標

步驟5：網(wǎng)絡(luò)依據(jù)服務(wù)進行論證后，比較各個代理能提供的最佳網(wǎng)絡(luò)后進行決策并委托任務(wù)，并通知網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進展情況。

步驟6：任務(wù)完成后服務(wù)網(wǎng)絡(luò)歸還借用的資源。

4結(jié)束語

泛在網(wǎng)絡(luò)是當前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，利用多代理技術(shù)可以較好的解決泛在網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用問題。本文采用多代理技術(shù)，并利用多代理決策構(gòu)建了服務(wù)感知集成框架。作者還介紹了agent的網(wǎng)絡(luò)模型.該模型不僅支持服務(wù)感知下工作,而且實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)下的服務(wù)消息的可重用性、服務(wù)功能的可重構(gòu)性和服務(wù)系統(tǒng)的可擴充性。

參考文獻：

[1] The ambient networks project homepage[EB/OL].http://www. am-bient-networks.org/.

[2] Weiser M.The computer for the 21st century [J].ScientificAmerican,1991,265(3):94-104.

[3] JI Yang,ZHANG Ping,WANG Xu.MUSE and ABE concept[C].Oslo,Norway: Proceedings of WWRF11,2004.

[4]唐倫,陳前斌,曾孝平.泛在網(wǎng)絡(luò)的Multi-Agent系統(tǒng)模型[J].計算機工程與設(shè)計,2009(5).

[5] JI Yang,ZHANG Ping,WANG Xu.MUSE and ABE concept[C].Oslo,Norway:Proceedings of WWRF11,2004.

[6] BIONETS project[EB/OL].http://www.bionets.org.

[7] Carreas I.Chlamtac I.Woesner H.et al.BIONETS:BIO-inspirednext generation networks[C]. Proc of WAC.Lecture Notes inComputer Sci? ence 3457,Springer,2004.

[8]蔣青,徐梅,唐倫,等.一種基于多代理的泛在網(wǎng)絡(luò)模型[J].數(shù)字通信,2009(4).

[9]李莉,石巖森,薛勁松,等.基于Multi-Agent的虛擬企業(yè)集成框架研究[J].信息與控制,2002(4).