殷鋒社

（陜西工業(yè)職業(yè)技術學院 陜西 咸陽 712000）

為解決目前市場應用中電子商務在效率、成本和業(yè)務智能化方面的問題，文中在詳細論述移動Agent技術的基礎上提出了一種新的電子商務模式。

1 Multi-Agent系統(tǒng)

1.1 概念解析

Agent的5個概念：Agent組織、Agent平臺、系統(tǒng)Agent、Multi-Agent系統(tǒng)和Agent應用系統(tǒng)是容易被人們混淆的，在研究移動Agent系統(tǒng)之前，有必要對他們進行診釋。

1）Agent組織

Agent組織可以認為是Agent的集合和移動Agent系統(tǒng)的分布式問題求解機制，也是多Agent系統(tǒng)社會性的一個重要的方面。Agent組織是MAS研究的模型、組織和交互語言3個主要問題之一，組織的形成和演化問題是基于Agent的計算和Agent合作問題求解的關鍵。多Agent在問題求解中表現(xiàn)的組織形態(tài)就是組織結(jié)構。面向結(jié)構的Agent組織形成方法與人類社會的組織產(chǎn)生機制相符合，是一種目標明確的組織形成方法。一個為了完成一組目標的組織結(jié)構[1]為：

其中，A_ID是組織結(jié)構標識符，Role是非空的角色集合，Relation是角色關系集合，A_Goal是非空的組織目標集合，Manager是非空的組織管理者集合。

目前，關于Agent組織的形成方法有：①基于協(xié)商的合同網(wǎng)協(xié)議。當一個Agent發(fā)現(xiàn)自己面臨的問題難以獨立求解或者合作求解更有效時，通過與其他Agent的協(xié)商，將其部分或全部任務委托其他Agent來完成，在他們之間形成顧客與服務員關系型組織：②基于依賴關系的社會推理。通過對Agent之間依賴關系的社會推理，發(fā)現(xiàn)與其目標有依賴關系的其他Agent，與他們形成不同形式的合作組織；③基于對策論的聯(lián)盟形成。通過聯(lián)盟效用的計算與分配，依據(jù)Agent個體、聯(lián)盟和群體理性原則，在Agent之間形成不；一習的聯(lián)盟：④基于價洛調(diào)控的市場機制，通過市場價格的調(diào)整，Agent形成供求平衡下的買賣關系；⑤面向結(jié)構的組織形成。

組織結(jié)構的設計過程一般由5個步驟完成[2]：

①由不同Agent的共同目標出發(fā)，確定組織目標.；

②根據(jù)組織目標進行任務分解，劃分出不同的子任務；

③由子任務設計組織角色。

設一個組織中的Agent a和Agent b有部分共同求解目標，Agent a有目標集Ga，Agent b有目標集Gb

其中goalcl，goalc2是Agent a和Agent b的共同目標。在進行組織結(jié)構設計時，用戶向系統(tǒng)發(fā)出任務請求，Agent模板創(chuàng)建兩個Agent a和Agent b，系統(tǒng)Agent根據(jù)請求首先設計一個空的組織結(jié)構框架。并通知Agent a和Agent b，Agent a和Agent b收到組織結(jié)構框架設計成功的消息后，向系統(tǒng)發(fā)送各自的求解目標，供事務服務Agent進行任務分解，進一步完成組織目標和組織角色的設計。如果Agent a和Agent b沒有共同目標，則組織結(jié)構設計失敗，系統(tǒng)終止。

Agent組織角色的創(chuàng)建基于組織目標。通過把組織目標分解成各個子任務，并把相同或相似的子任務合并，由角色承擔不同的子任務，完成組織角色的創(chuàng)建。已創(chuàng)建的角色統(tǒng)一放入角色字典中。在創(chuàng)建過程中如果遇到相同或相似的組織角色則進行合并，并記錄組織角色的需求數(shù)量，供具體組織形成時參考使用。

在二演算中引入了一個新的操作原語new，用來表示創(chuàng)建一個空的組織結(jié)構，表示為new os，其中create org表示組織結(jié)構創(chuàng)建成功以后，啟動該進程建立具體的Agent組織。Milner給出了基本演算的形式語義。組織結(jié)構設計的語義[3]可描述如下：

MAS_ORG={user.Request

task

agent template.Create

Agent a，Agent b

agent Tran.Create

an empty os_frame&inform （msg， Agent a， Agent b））

match （msg）

Agent a.Send&Agent b.Send

Ga{goalal， goala2，……，goalcl， goalc2}

Gb{goalbl，goalb2，……，goalcl， goalc2）

Result=?common goal（Ga Gb）

if result=EMPTY

return （fail）

new os （os_frame）

task decomp （os_oal， os_task， Ga，Gb）

create_roles （os_task）

create_org（roles）

}

其中，EMPTY表示空集合。

2）Agent平臺

Agent平臺（也稱為Agent系統(tǒng)）是在Agent理論基礎上設計出來的提供給用戶開發(fā)或運行Agent應用系統(tǒng)的支撐環(huán)境，是MAS的重要組成部分。GeneralMagic公司的Telescript，IBM公司的Aglet和南京大學的Mogent等都是比較成熟的純Java的Agent平臺。Agent平臺的作用是負責為移動Agent建立安全、正確的運行環(huán)境，為其提供最基本的服務（包括創(chuàng)建、傳輸、執(zhí)行），實施針對具體 Agent的約束機制、容錯策略、安全控制和通信機制等監(jiān)督與控制功能。它還提供了一些用戶對系統(tǒng)進行訪問的方法，主要包括Agent和系統(tǒng)Agent的啟動控制、狀態(tài)的獲取、系統(tǒng)的輸入輸出、系統(tǒng)資源的維護和系統(tǒng)的關閉等。

Agent是用戶編程的主要對象，用戶利用Agent平臺中Agent模板創(chuàng)建Agent a終端用戶填寫Agent的屬性和模板中的任務字典，在平臺運行時，Agent類具體化為一個Agent實例，其屬性和行為來自模板。Agent為了實現(xiàn)移動，發(fā)送消息等通訊功能需要調(diào)用一些系統(tǒng)Agent的功能，這種調(diào)用是通過對系統(tǒng)Agent代理的Clone上的方法調(diào)用來實現(xiàn)，這樣的調(diào)用出于安全性考慮。

3）系統(tǒng) Agent

系統(tǒng)Agent主要目的是為了實現(xiàn)移動Agent的定位、移動和發(fā)送消息等功能，它被分成幾個部分，每個部分實現(xiàn)部分相對獨立的功能。它通過注冊到自身的系統(tǒng)助手和平臺進行通訊，調(diào)用平臺上的函數(shù)，同時平臺可以直接對系統(tǒng)Agent進行訪問。在一個平臺上有多個系統(tǒng)Agent，承擔不同的任務，如目錄服務、事務服務、事件服務、應用服務和安全服務等，目錄服務維持Agent名字和其傳輸?shù)刂穼哪夸?，提供移動Agent的定位信息，形成路由選擇；事務服務實現(xiàn)移動Agent的創(chuàng)建、移動、調(diào)度和資源分配；事件服務包含Agent傳輸協(xié)議和Agent通信協(xié)議，實現(xiàn)移動Agent間的事件傳遞；安全服務提供安全的執(zhí)行環(huán)境；應用服務提供面向特定任務的服務接口。

4）Multi-Agent系統(tǒng)

Multi-Agent系統(tǒng)[4]（Multi-Agent System， MAS 是由一些聯(lián)合其知識、目標、職能和計劃的協(xié)作承擔任務或解決問題的不同的計算實體組成的集合，這些集合元素就是Agent，它們具有相互作用以實現(xiàn)到總的目標。MAS可被定義為：

其中，AP，As，Ao 分別表示 Agent平臺、 系統(tǒng) Agent和Agent組織。每個目標由若干Agent協(xié)作完成。由此可見，MAS是由Agent平臺、系統(tǒng)Agen t和Agent組織組成的系統(tǒng)。

5）Agent應用系統(tǒng)

Agent應用系統(tǒng)是在Agent平臺上開發(fā)出來的程序系統(tǒng)，Agent是系統(tǒng)中的工作實體，Agent平臺是它的運行環(huán)境。實際上，Agent應用系統(tǒng)就是擁有一個或多個Agent組織的系統(tǒng)。如基于移動Agent的智能電子商務系統(tǒng)、智能搜索引擎等。以上五個概念之間的關系如圖1所示。

圖1 Agent應用系統(tǒng)Fig.1 Agent application system

1.2 研究現(xiàn)狀

MAS的研究始于20世紀70年代的分布式人工智能。此后，MAS的研究內(nèi)容隨著年代的變化而不斷深入，MAS不僅僅是DAI領域的研究問題，同時相關科學的研究成果對它也起到了重要的影響作用，如管理科學、經(jīng)濟學和社會學等。對經(jīng)濟規(guī)律如市場機制、游戲理論、平衡概念等的深入研究將用于設計Agent交互策略。MAS研究者借助于游戲理論的研究成果，將其用于Agent談判策略的設計。管理學中的組織理論研究幫助我們認識并設計Agent組織。社會學中關于人類行為的研究則能使Agent具有人類社會某些特征，如角色分配、團隊和競爭等。MAS為AI的研究提供了一個新的機器學習、知識發(fā)現(xiàn)和知識表達模型。

1.3 Agent管理模型

為了加快移動Agent技術[5]的發(fā)展和推動其具體應用，一些標準化組織制紛紛訂了Agent規(guī)范，最有影響力的國際組織有OMG下屬的Agent Working Group和FIPA的MASIF規(guī)范、FIPA的FIPA97-99規(guī)范對Agent的名稱、管理、遷移、語言等進行了標準化。IBM提出了ATP （Agent Transport Protocol）框架結(jié)構，是一個Agent傳輸協(xié)議的最小實現(xiàn)。Agent管理是其應用的前提，負責Agent的的創(chuàng)建、注冊、agent定位、通信和移植等操作。Agent管理模型如圖2所示。

圖2 Agent管理模型Fig.2 Agent management model

1.4 典型的Multi-Agent系統(tǒng)

1）General Magic公司的Telescript

Telescript是General Magic公司推出的第一個商用移動Agent系統(tǒng)。它是用Telescript語言（一種面向?qū)ο蟮慕忉屝哉Z言）編寫的。在Telescript中，Agent被編譯成為一種虛擬機的字節(jié)碼，該虛擬機是每個服務器的一部分。每一個網(wǎng)絡站點運行一個服務器來維護一個或多個虛擬的地點，地點通過檢查Agent加密的信任狀來識別其主人}`'1}a Agent之間的通信方式有：運行在同意地點的Agent可以相互調(diào)用對方的方法；在不同地點運行時需要建立連接，互相傳遞對象。Telescript是一個比較成功的移動Agent系統(tǒng)，其安全性、容錯性較好，執(zhí)行效率較高，但由于Java的流行和優(yōu)勢，必然導致它的失敗。General Magic公司開發(fā)了基于Java的Odyssey系統(tǒng)。

2）IBM公司的Aglet

Aglet是agent與applet合成的，是由日本IBM公司用純Java開發(fā)的移動Agent系統(tǒng)，并提供著實用的平臺一Aglet Workbench，讓人們開發(fā)或執(zhí)行移動Agent系統(tǒng)。到目前為止，Aglet是非常成功和全面的系統(tǒng)，這主要表現(xiàn)在：Aglet系統(tǒng)首先提供一個上下文環(huán)境來管理Agent的基本行為，如創(chuàng)建、復制、分派、召回、喚醒以及清除等。Aglet采用消息傳遞的方式來傳遞消息對象進行通信。此外，基于安全上的考慮，Aglet并非讓外界直接存取其信息，而是透過一個代理（proxy）提供相應的接口與外界溝通。Workbench是一個可視化環(huán)境，用來建立使用移動Agent的應用系統(tǒng).

2 基于組織的動態(tài)資源分配

2.1 資源描述

網(wǎng)絡結(jié)點上的資源是Agent完成任務的基礎，把與網(wǎng)絡結(jié)點配置有關的情況稱為該結(jié)點的系統(tǒng)資源。將資源分為設計資源、系統(tǒng)資源和Agent資源，并給出了系統(tǒng)資源的描述。實際上，任務設計和Agent都屬于MAS討論的問題，其系統(tǒng)資源的描述也不全面。文中將Agent執(zhí)行任務所需的資源歸結(jié)為系統(tǒng)資源，包括機器硬件資源、軟件資源、網(wǎng)絡設備資源和信息資源。系統(tǒng)資源[6]具體描述如下：

Structure Sys Source

{

Integer NetNode 一 umber；

Structure Hard_Source；//機器硬件資源

Structure Soft_Source；//軟件資源

Structure NetDevice_Source；//網(wǎng)絡設備資源

Structure Info_Source；//信息資源

}

Structure Hard Source

{

CmpString Cmp_CPU；

CmpString Cmp_RAM；

CmpString Cmp_HD；

CmpString Cmp_Multi-Media_Dev；

CmpString Cmp_Input_Dev；

CmpString Cmp_Output_Dev；

}

Structure Soft Source

{

SoftString Soft_OS；

SoftString Softes Net；

SoftString Softes Application；

}

Structure NetDevice Source

{

NDString ND_Router；

NDString ND_Switcher；

NDString ND_Gateway；

}

Structure Info Source

{

InfoString Info_DB；

InfoString Info_KB；

InfoString Info_Files；

}

2.2 動態(tài)資源分配策略

隨著移動Agent應用的發(fā)展，如何為不同服務質(zhì)量要求的用戶合理的分配有限的資源、提高使用效率，成為近期研究的熱點。近來研究者把微觀經(jīng)濟學的方法引入移動Agent的資源分配領域，為這一領域研究提出了嶄新的思路。它們存在以下問題：1）只考慮了Agent的競爭，沒有考慮Agent的協(xié)作；2）沒有考慮資源的時間性；3）由于算法較復雜，導致了較大的系統(tǒng)開銷。可以采用操作系統(tǒng)中關于資源分配的策略進行Agent資源分配，但由于Agent資源含義不僅局限于硬件資源及Agent的動態(tài)、移動、協(xié)作等特性，簡單的操作系統(tǒng)資源分配策略是難以適應Agent資源分配的要求。由多個子目標組成的Agent組織執(zhí)行用戶提交的任務，子目標由Agent協(xié)作完成，為了實現(xiàn)組織的目標，組織就應成為資源分配的基本單位考慮到資源的動態(tài)性及組織任務的執(zhí)行時間、緊迫性和重要性等因素，這里給出了一種基于組織的動態(tài)資源分配算法。

3 基于EP算法的Agent任務調(diào)度

3.1 調(diào)度方法概述

Agent調(diào)度問題就是如何利用有限的網(wǎng)絡資源和時間完成指定的多個任務，屬于Job-shop問題。Job-shop是一類復雜且極具代表性的生產(chǎn)調(diào)度問題，其復雜性超乎想象，為解決這一問題，學者們作了大量研究工作，嘗試了許多方法，這些方法可分為兩類：指派方法和進化計算。

3.2 EP算法原理

進化規(guī)劃（Evolutionary Programming，EP）最早是由美國的L.J.Fogel，A.J.Owens等人首先提出的，EP是進化計算中的代表算法之一。文獻證明了他的動態(tài)尋優(yōu)機理。算法流程如圖3所示。

圖3 EP算法流程Fig.3 EP algorithm flow

1）將問題的解編碼為數(shù)字串；

2）隨機產(chǎn)生S個可行解構成的初始種群，S為種群規(guī)模；

3）將當前種群中的S個個體進行變異，產(chǎn)生新的個體：

4）計算所產(chǎn)生的個體適應度函數(shù)值；

5）采取父子競爭策略，從2S個體中選出S個個體作為新一代種群，返回步驟③，重復此過程直到獲得滿意的解或達到給定的迭代次數(shù)。

以上算法是標準的EP算法，變異算子采用的是高斯變換，終止條件采用最大進化代數(shù)或出現(xiàn)滿意的個體。

3.3 Agent任務調(diào)度

調(diào)度任務是基于時間的序列，任務之間除了具有邏輯上的相關性外，還具有時間上的相關性，即任務必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成。調(diào)度方案S可以被描述為一個定時任務的序列集合，即

其中，Pl（t）代表第 1 個任務。

Pa（t）存在的約束如下：

1）定時

必須滿足下列時間約束is（i>+t（L）ate（1）

2）資源限制

任務的合理調(diào)度以使網(wǎng)絡負載均衡，充分發(fā)揮系統(tǒng)資源的效用。Agent的自治性、自適應性、協(xié)同性和可移動性等顯著特點為解決分布任務處理問題提供了新途徑。多Agent系統(tǒng)中的任務通過Agent調(diào)度器統(tǒng)一調(diào)度。系統(tǒng)任務分解Agent將求解的問題分解為若干子任務，并提出調(diào)度請求，調(diào)度器考慮到各任務的執(zhí)行條件，如資源、時間、優(yōu)先度等，選擇一定的調(diào)度算法，確定調(diào)度方案。系統(tǒng)資源由資源管理器管理和調(diào)配。執(zhí)行任務的各Agent根據(jù)系統(tǒng)資源分布和實時要求派遣到相應的目標主機進行任務處理。調(diào)度模型如圖4所示。

圖4 Agent調(diào)度模型Fig.4 Agent scheduling model

4 移動Agent遷移

4.1 遷移機制分析

移動Agent（Mobile Agent，MA）的遷移與分布式對象的交互及Java Applet的下載有著很大的不同。在基于CORBA或DCOM的分布式對象系統(tǒng)中，一個對象能夠通過網(wǎng)絡遠程地調(diào)用其他對象的方法。但是，在兩個對象的交互過程，沒有任何一個是移動的。WWW中Applet的下載也僅是提供了一種從Web服務器把代碼下載到Web瀏覽器的機制，并沒有為相應狀態(tài)信息的遷移提供任何機制。

4.2 基于Java的動態(tài)遷移機制

MA的體系結(jié)構應包括Agent代碼部分、運行環(huán)境部分和Agent狀態(tài)部分。代碼部分是MA遷移過程中不可缺少的部分，是傳送給“數(shù)據(jù)”執(zhí)行“計算”的部分；為了能在異構網(wǎng)絡環(huán)境中遷移，MA應具有與平臺無關，安全性要求高等特點，而Java可以較好的滿足這些要求。因為Java代碼的平臺無關性和Java虛擬機的廣泛分布性，為MA提供了良好的運行環(huán)境，具體包括MA所需的資源，對MA代碼的執(zhí)行和遷移請求的響應，提供安全性認證的信息等：狀態(tài)部分保存MA在移動之前的狀態(tài)信息，以便當Agent遷移到另一個結(jié)點后重新獲取這些狀態(tài)信息，提高運行效率。

5 結(jié)束語

本章介紹了MAs的研究現(xiàn)狀與研究內(nèi)容，解析了Agent組織、Agent平臺、系統(tǒng) Agent，Multi-Agent系統(tǒng)和 Agent應用系統(tǒng)5個概念之間的關系，討論了Agent組織結(jié)構的形成機制及形式化描述。在MAS中，為了使已分配資源的移動Agent遷移到指定的結(jié)點執(zhí)行任務，需要解決Agent的資源分配、任務調(diào)度和遷移問題。

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