（通信与信息系统专业论文）嵌入式移动agent协商平台的研究与设计.pdf

武汉理上人学硕士学位论文 摘要 随着网络化制造的发展，多a g e n t 技术和嵌入式网络设备成功应用于网络 化制造，网络化制造走向智能。多a g e n t 技术提供了解决复杂问题的方法，在 系统内部a g e n t 之间动态交互协商并完成任务。智能制造系统针对任务进行协 商分为企业级、车间级和设备级，设备级a g e n t 协商是目前最难实现的。将移 动a g e n t 技术应用于嵌入式设备首先需要有一个嵌入式移动a g e n t 平台，目前 尚未有成熟的嵌入式移动a g e n t 平台可以直接使用。 因此，本文的目的即是研究一个嵌入式移动a g e n t 平台。该平台可以广泛 适用于制造设备、智能终端设备，它基于常见的a r m + l i n u x 嵌入式系统。由 于j a v a 天然的跨平台性，本文重点研究了j 2 m e 架构及其相关的技术、k v m 技术；分析了k v m 向a r m 9 平台移植所涉及相关文件函数，详细讨论了k v m 具体移植过程和工作机制，其中包括存储分配、垃圾回收、类装载机制等选项 设置，解决了跨平台软件代码运行的问题；对目前常用的j a v a 多a g e n t 软件平 台j a d e 进行裁剪，得到了j a d e 的嵌入式环境运行版本l e a p ，实现了嵌入 式移动a g e n t 平台，同时做具有与一般常见的多a g e n t 系统兼容的特点。本文 还分析了嵌入式移动a g e n t 的合同网协商问题。为了保障各自的利益，各a g e n t 根据实际情况采用不同的妥协策略进行谈判，因此协商具有反复性。传统多 a g e n t 系统协商由于这种反复性网络数据流量会很大，而嵌入式移动a g e n t 采 用灵活的招投标迁移策略，减少了网络传输的数据。针对异构环境，本文研究 了a g e n t 迁移到异地采集标书的策略，并比较了移动a g e n t 的三种派遣机制的 优缺点，最后选择信息量传输较小的派遣策略作为嵌入式移动a g e n t 采集标书 的策略。 本文研究了移动a g e n t 理论以及在协商中的应用，设计了针对虚拟机移植 以及面向轻量级a g e n t 的软件与测试。本文还设计了一个设备a g e n t 协商的场 景，并用构建的平台进行了协商实验。协商实验在j a d e l e a p 平台上进行， 各个a g e n t 通过符合f i p a 标准的a g e n t 通信语言( a c l ) 进行通信、作出妥协， 达成一致。 关键词：嵌入式系统；移动a g e n t ；j a d e l e a p ；协商 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r km a n u f a c t u r i n g ，m u l t i - a g e n tt e c h n o l o g y e m b e d d e dn e t w o r k e de q u i p m e n th a v e b e e ns u c c e s s f u l l y a p p l i e d ，w h i c h m a k e s n e t w o r l ( m a n u f a c t u r i n gm o r ei n t e l l i g e n t i nm u l t i a g e n ts y s t e m ，a g e n t sn e g o t i a t e w i t he a c ho t h e rt oc o m p l i s hc o m p l i c a t e dt a s k s t h et a s kd i s p a t c h i n i n t e l l i g e n t m a n u f a c t u r i n gs y s t e mc a nb ec l a s s i f i e dt ot h r e el e v e l s t h e y a lee n t e r p r i s el e v e l ， j o b s h o pl e v e la n de q u i p m e n tl e v e l c u r r e n t l y , e q u i p m e n tl e v e la g e n tn e g o t l a t l o n i s t h eh a r d e s tp a r tt oi m p l e m e n t t or u nm o b i l ea g e n ti ne m b e d d e de q u i p m e n t ，ae m b e d d e dm o b i l ea g e n t p l a t f o r mi se s s e n t i a l b u tn oe m b e d d e dm o b i l ea g e n tp l a t f o r mc a n b ed i r e c t l yu s e d w ed e v e l o p e ds u c hap l a t f o r mt o t e s t n e g o t i a t i o n t om a k eo u ra g e n tw i d e l y e x e c u t a b l e ，o b rs c h e m ai sap o p u l a la r ma n dl i n u xe m b e d d e ds y s t e ma r c h i t e c t u r e ， w h i c hi sn o ww i d e l ya p p l i e di nm a n u f a c t u r i n ge q u i p m e n ta n ds m a r tt e r m i n a l j a v ai s ac r o s sp l a t f o r mc o m p u t e rl a n g u a g e ，s ot h i sp a p e rd i s c u s s e dj 2 m e a r c h i t e c t u r ea n d k v mt e c h n o l o g y w h e np o r t i n gk v mt oa r m 9 ，s o m er e l a t e df u n c t i o n sa n dt h e m e c h a i l i s mo fk v mw e r ed i s c u s s e di nd e t a i l ，i n c l u d i n gm e m o r y a l l o c a t i o ng a r b a g e c o l l e c t i o na n dc l a s sl o a dm e c h a n i s m t h e nj a v ap r o g r a mc a nr u na n yp l a t f o r mw i t h k v m b a s e do nj a v aa n dl i g h t w e i g h ta g e n ts o f t w a r eo p e ns o u r c e ，j a d e l e a p p l a t f o r mw a sb u i l t t h ec h a r a c t e r i s t i c i sc o m p a t i b l et oo t h e rc o m m o np l a t f o r m b e s i d e s e m b e d d e dm o b i l ea g e n tn e g o t i a t i o nw a sa n a l y s i s e d n e g o t i a t i o nr e p e a t e d l y l e a d st ot h eh u g eq u a n t i t yo fd a t ai nn e t w o r k w h i l e ，t h ea g e n t w i t hm o b i l i t yc a nb e f l e x i b l et oc o l l e c tb i d s ，w h i c hr e d u c e sd a t at r a n s f e r t h i sp a p e rs t u d i e d3t a s k s d i s p a t c ht a c t i c s o n eo ft h e mc o m p a r a t i v e l yw i t hl e s sd a t at r a n s f e rw a sc h o o s e d a s t h et a c t i ct om i g r a t ee m b e d d e dm o b i l ea g e n t t h i sp a p e rd i s c u s s e dm o b i l ea g e n tt h e o r ya n di t sa p p l i c a t i o n ，k v mp o r t i n g ， a g e n to r i e n t e dd e s i g na n dt e s t b e s i d e s ，a s c e n ed e s i g n e df o re q u i p m e n ta g e n t n e g o t i a t i o nw a sd e s i g nw i t hp e r f o r m a n c eo i lc o n s t r u c t e dp l a t f o r m o nj a d e - l e a p a g e n tc o m m u n i c a t ew i t ho t h e r si nf i p aa c l ，c o n c e d ea n dr e a c ha g r e e m e n t k e yw o r d s ：e m b e d d e ds y s t e m ；m o b i l ea g e n t ；j a d e - l e a p ；n e g o t i a t i o n l l 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 期：巡西 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 项目来源 第1 章绪论 本课题来源于国家科技部国际科技合作项目 n o 2 0 0 6 d f a 7 3 1 8 0 ：基于多智 能体的数字制造基本理论与关键技术研究。 1 2 课题研究的背景、目的与意义 1 2 1 研究背景 现代制造技术正朝着数字化、网络化、智能化方向发展。例如虚拟企业综 合了多种先进制造模式的哲理，当市场出现新机遇时，由分布于不同地域的、 具有不同资源与技术优势的企业，为了共同开拓市场、共同对付其他的竞争者 而组织的建立了在信息网络基础之上的企业联盟体【。它具有以下特点： 分布性这种分布性表现在制造资源的分布性、制造信息的分布性以及决 策的分布性等几方面。分布性是虚拟企业的组织形式和表现形式，给虚拟企业 从事生产活动的组织、管理与控制带来一定的困难。 流动性、灵活性的特点虚拟企业正是以这种动态的结构、灵活的方式来 适应市场的快速变化。 集成性集成性表现在两个方面：系统集成和过程集成。系统集成是制造 信息系统、制造执行系统、计划调度系统和生产仿真等系统的集成。过程集成 即车间功能和活动过程的并行性和协调性。集成性是具有分布性的虚拟企业能 够顺利从事生产活动的技术保障。 除此之外，制造技术网络化表现为无处不在的网络计算。随着嵌入式技术 的飞速发展，嵌入式系统在工业控制、军事、日常生活等领域应用愈加广泛， 掌上电脑与多功能手机也逐渐普及，成为人们办公、娱乐的重要载体。当今的 信息化社会中，以i n t e m e t 为代表的计算机网络技术和无线通信技术己经渗透到 各个领域，制造领域也不例外。制造设备往往是由嵌入式机电控制装置组成， 这一特点使得各种网络设备将存在于未来的制造环境中。 武汉理r l 人学硕士学位论文 伴随着计算机科学和分布式人工智能的发展，a g e n t 和a g e n t 系统近年来 已经成为其研究的一个重要方向，由于a g e n t 具有自主性( a u t o n o m y ) 、反应性 ( r e a c t i v i t y ) 和能动性( p r o a c t i v e ) 等特性i 引。a g e n t 可以被看作一个封装的计算机系 统，它能在环境里灵活地进行自治的行为以满足它的设计目标。但是要实现它 的目标或改善它的性能就必须通过交互才行。不同的交互方式适应不同的环境 和应用。一般来讲有三种交互方式：协调，协作和协商。协商就是一组有冲突 利益的a g e n t 愿意协作，并试图对稀少资源的使用分配达成一个相互可接受协 议的过程。近年来，很多学者将a g e n t 协商技术运用到供应链管理、规划、调 度等制造领域，取得了不少研究成果。 然而，真正在企业制造实践中应用的系统并不多见。大多数制造系统平台 是分布于各地的异构平台，这给协商带来了很大的困难。由于移动a g e n t 的可 移动能力以及便于信息在不同a g e n t 或其他实体间交互，特别是分布式网络化 制造链环境下企业资源合作协商方面的应用。在一些相关的研究工作中，s z i r b i k 等建立了虚拟企业的协商计划与调度机制，给出了基于移动a g e n t 的虚拟企业 制造与控制结构。但是，制造过程中的任务协商与调度，并不仅仅发生在企业 这个级别，底层的设备级协商更加普遍。这就需要对对异构环境下底层设备就 任务协商进行研究。 1 2 2 研究目的与意义 目前制造链环境下任务协商仅停留在企业级协商，因为企业级协商可以通 过在普通计算机上构建网络数据库系统实现。设备级的任务协商一直没有实现， 关键在于没有一个统一的可以支持协商的软硬件平台。设备往往处于异构环境 之中，异构环境主要表现在硬件的异构、操作系统异构、计算机语言异构，协 议异构等。本课题研究的目的是希望建立一个通用的嵌入式软硬件平台，解决 这些异构问题并应用于设备级协商之中。当设备无论处于何种网络环境，都能 够实现任务协商。同时，平台要与现有的a g e n t 标准规范兼容，移动a g e n t 可 以自由跨平台参与协商。该平台可以将制造链中的任务协商由企业、车间级别 扩大到设备级别，也可以推广到移动设备电子商务系统中。嵌入式系统是未来 网络的主体，因此嵌入式移动a g e n t 平台系统，应用前景十分广阔，研究它是 智能软件与网络融合的必需，具有实际意义。 2 武汉理上人学硕士学位论文 1 3 嵌入式移动a g e n t 发展现状及应用 嵌入式技术势必要和智能网络技术相结合。然而，将智能a g e n t 完全融入 到嵌入式设备与网络之中，需要解决以下两大问题： ( 1 ) 异构问题 提到现在的i n t e m e t 存在一系列的异构问题，异构问题比较突出的是平台异 构，操作系统异构和计算机语言异构。现阶段嵌入式应用程序通常为了追求效 率，往往采用c 语言和汇编语言，可移植性差，不利于软件重用。 ( 2 ) n 络问题 嵌入式设备通常具有微型化、可移动的特点，这样就决定了常见接入i n t e r n e t 的方式为无线接入( w i r e l e s sa c c e s s ) 。无线接入具有低带宽、易断线等缺点，这 远远不能满足大量信息传输和共享的需求。这样，不可避免地带来了一些问题： 网络的低带宽、高延时逐渐成为一个限制网络应用和发展的瓶颈； 嵌入式设备资源受限、计算能力弱，难以维持连续的网络连接； 智能化软件无法运行。 这两大问题导致普通a g e n t 软件无法运行于嵌入式设备。为解决嵌入式设 备无法运行软件a g e n t 的问题，美国费米国家实验室将软件a g e n t 以及软件平 台进行裁剪，提出了一个适合粒子加速器中大量设备协同工作的嵌入式a g e n t 。 该嵌入式a g e n t 是一个代码精简、轻量化的智能体，运行在上千个基于f p g a 的系统上面，a g e n t 之间可以通信并交互。这种嵌入式a g e n t 的缺点是平台不 通用，不能与现有的智能协商系统兼容。 2 0 世纪9 0 年代，人们提出了移动a g e n t 技术。移动a g e n t 是一个代替人或 者其他程序执行某种任务的程序，它在复杂的网络环境中能够自主地从一台主 机移动到另一台主机1 3 j 。该程序能够选择何时、何地移动。在移动时，该程序 可以根据要求挂起其运行，然后转移到网络的其它地方重新开始或继续其执行， 最后返回结果和消息。这些特性也决定了移动a g e n t 往往是轻量化的嵌入式 a g e n t 。移动a g e n t 技术的优点和特点使其具有很大的应用价值，其应用领域包 括移动计算、分布式信息检索、网络制造、电子商务等等1 4 j 。 本文重点关注的嵌入式移动a g e n t 在嵌入式a g e n t 的特点之外，还拥有移 动性。这也是制造系统中任务协商对软件a g e n t 的要求。虽然移动a g e n t 有些 网络方面的应用，但还没有大规模将成熟的嵌入式移动a g e n t 应用于实际的先 武汉理工人学硕士学位论文 例。 目前，国外对于移动a g e n t 技术的研究还在不断进行，并且发展迅速。己 经有很多科研组织和公司开发出了较为完整的移动a g e n t 系统，并尝试运用于 实际。其中以i b m 日本公司用纯j a v a 开发的移动a g e n t 平台a g l e t 应用最为广 泛，到目前为止它是最为成功和全面的系统，许多移动a g e n t 应用皆是在这个 平台上开发的i5 1 。此外由c s e l t 和意大利帕尔玛大学计算机工程学院联合开发 的j a d e ( j a v aa g e n td e v e l o p m e n tf r a m e w o r k ) ，以及由t i l a b ( t e l e c o mi t a l i al a b ) 基于j a d e 核心开发l e a p ( l i g h t w e i g h te x t e n s i v ea g e n tp l a t f o r m ) 是轻量化可裁 剪的嵌入式a g e n t 开发平台。 可以预见，移动a g e n t 技术将越来越被广泛地应用，未来的网络将是移动 a g e n t 主宰的网络。总之，移动a g e n t 将有以下几大发展趋势： ( 1 ) 进入真正配置阶段 随着移动代理标准不断完善，不同移动代理平台之间也逐渐实现兼容，最 终达到统一。在未来，移动代理平台将在网络中迅速普及，就好像现在的j a v a 虚拟机一样，甚至可以集成到操作系统的常用软件之中。 ( 2 ) 代理设计模式化 未来的移动代理程序设计将被完全的模式化，这些模式包括迁移模式化、 任务模式化、代理实体之间的交互模式化等等。代理设计的模式化将极大加快 代理程序的生产速度，使之工程化。同时，也促进了其他辅助设计工具的产生。 ( 3 ) j a v a 将作为平台 j a v a 语言天生具有平台无关性，同时还具有安全性高、动态类加载、多线 程、对象能够序列化等特点。这些特点恰好正是移动代理所需要的。况且，现 今j a v a 在很多方面如同一个标准，而移动代理正好需要一个统一的软件环境， 所以j a v a 作为移动a g e n t 的研发平台是发展的必然趋势。 ( 4 ) 标准化愈加完善 对于移动代理，现在已有的两大标准m a s i f 和f p i a 都不健全，没有达到 a g e n ta p l 一级1 6 j 。随着移动代理技术的不断普及，标准将最终达到统一而细致。 ( 5 ) 与嵌入式设备相结合 移动代理技术着眼于任何具有计算能力的网络节点，随着嵌入式设备性能 的不断提高和无线网络技术的发展，移动代理技术将势必与嵌入式设备相结合， 使之成为由移动代理构成的虚拟网络中的节点。 4 武汉理工大学硕+ 学位论文 ( 6 ) 在制造系统、电子商务等需要协商的场合将会广泛应用移动a g e n t 技术。 1 4 本文主要工作与结构 本课题以制造系统中设备级a g e n t 协商为背景，研究实现嵌入式设备参与 协商的关键技术： ( 1 ) 系统平台的构建设计：协商系统平台构建主要在于软件，建立可跨平台 的、多种规范兼容的轻量化a g e n t 平台，同时软件平台必须支持a g e n t 移动性。 k v m 移植与l e a p 的编译与创建是关键。 ( 2 ) 基于轻量化平台的协商实验，利用a g e n t 具有的移动性，将a g e n t 迁移 到不同位置招投标。 全文共分5 章1 第l 章绪论，介绍课题来源研究背景及目的。 第2 章首先介绍了a g e n t 及移动a g e n t 技术的特点、系统结构、应用模型、 通信机制等基本概念；接着介绍了a g e n t 系统协商机制、针对合同网任务分配 的招投标过程，评标过程谈判基本策略；最后叙述了嵌入式异构环境下的协商， 将移动a g e n t 技术引入制造过程中的合同网协商。 第3 章简单提出一个具有通用性的嵌入式移动a g e n t 开发的软硬件框架， 详细介绍了平台硬件环境，软件平台组成。重点讨论了基于常见的嵌入式系统 的虚拟机移植，解决了计算机语言异构带来的问题；此外针对软件a g e n t 运行 的软件平台采用并编译好轻量化的l e a p 源码包作为开发嵌入式移动a g e n t 的 库文件。 第4 章从简单的面向a g e n t 的软件设计开始介绍了基于l e a p 的移动a g e n t 的实现方法、通信过程中使用的语言。对a g e n t 在l e a p 以及嵌入式受限设备 上运行时的移动性进行测试。最后基于j a d e l e a p 对一个简单的制造设备协 商过程进行了模拟实验，分析了它们达成一致的过程及a g e n t 移动性在其中所 产生的作用。 第5 章对全文进行总结，提出目前嵌入式移动a g e n t 在协商的应用存在的 问题，并对该技术做出展望。 武汉理 ：大学硕士学位论文 第2 章移动a g e n t 协商机制 2 1 多a g e n t 系统概述 a g e n t 在美国传统词典中被解释为“代理人或代理商，被授权代表别人行事 的人，而在计算机学界，a g e n t 的出现源于8 0 年代中后期分布式人工智能( d a i ) 的兴起。在计算机领域，a g e n t 可以认为是被授权的“个人软件助理( p e r s o n a l s o f t w a r ea s s i s t a n t s ) ，是一种在分布系统或者协作系统中能持续自主地发挥作用 的计算实体，简称为智能体。其基本思想是“使软件实体能够模拟人类的社会 行为和社会观，即人类社会的组织形式、协作关系、进化机制以及认知、思维 和解决问题的方式”。9 0 年代随着网络技术包括分布式计算的发展，有关a g e n t 的研究逐步受到人们的重视，成为人工智能领域的一个研究热点【7 驯。目前， a g e n t 已经渗透到计算机科学技术的许多领域和许多非计算机领域。 随着技术的不断发展，所要研究的系统也越来越庞大和复杂，子系统在时 空上也越来越趋于分散，并且具有可变性、交互性、智能性等特征，对这样的 复杂系统，用单个的a g e n t 来描述显然是不合适的，必须用多个a g e n t 来刻划、 抽象这样的系统。通常，我们将这样由多个a g e n t 组成的系统称为多a g e n t 系 统( m u l t ia g e n ts y s t e m ，简称m a s ) 。多a g e n t 系统方法吸取了分布式人工智能 和人工生命的理论，提供了解决复杂问题的分而治之的方法，能够解决单个 a g e n t 所不能解决的规模庞大，结构复杂的问题。m a s 区别于其他方法的最大 特点在于系统内a g e n t 间的动态交互性。m a s 技术应用于制造领域，十分适用 于建立非线性和复杂的制造系统模型。 一般来说，m a s 系统有以下一些特点l m l 2 】： ( 1 ) 每个a g e n t 都不具有独立解决问题所需的完整信息和能力，只拥有关于 系统( 问题) 有限的了解： ( 2 ) 系统中没有全局控制； ( 3 ) 数据的分布性； ( 4 ) 计算的异步性。 交互是a g e n t 的特性，对于如何交互，有三个重要的方面：( 1 ) 需要有一个 6 武汉理上人学硕士学位论文 通用的a g e n t 交互语言与协议，如k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o n l a n g u a g e ) 和a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) ；( 2 ) 交互语言需要有统一的 格式：( 3 ) 共享的本体( o n t o l o g y ) 。o n t o l o g y 被认为是关于某一领域中用来描述各 种概念及其相互关系的规格说明。一旦交互的a g e n t 使用同样的o n t o l o g y , j l j 么 它们就能解释彼此传来的信息、从而达到相互理解，并能产生可预测的行为。 多a g e n t 系统的协作求解问题的能力超过单个的a g e n t ，这是多a g e n t 系统产生 的最直接原因。导致多a g e n t 系统研究逐渐兴起的其它原因还包括：与已有系 统或软件的互操作；求解那些数据、能力和控制具有分布特性的问题以及提高 系统的效率和鲁棒性等。多a g e n t 系统是由多个独立的、相互协作的a g e n t 组 成的计算机系统【1 3 。4 1 。在系统中，各个a g e n t 是平等互助的，经过通信和协同， 相互合作；系统是动态的，任何个体a g e n t 都可以随时加入或退出该系统；每 个成员a g e n t 仅拥有不完全的信息和问题求解能力( 因而其观点是有限的) ，不 存在全局控制，数据是分散或分布的，计算是异步、并发或并行的。 2 2 移动a g e n t 技术 2 0 世纪9 0 年代初，g e n e r a lm a g i c 公司在推出其商业系统t e l e s c r i p t 时第一 次提出了移动a g e n t 的概念，即一个能在异构网络环境中自主地从一台主机迁 移到另一台主机，并可与其它a g e n t 或资源交互的软件实体i l5 。移动a g e n t 是 一类特殊的软件a g e m ，它除了具有软件a g e n t 的基本特性一自治性、响应性、 主动性和推理性外，还具有移动性，代表用户完成指定的任务l l6 1 。由于移动 a g e n t 可以在异构的软、硬件网络环境中自由移动，因此这种新的计算模式能 有效地降低分布式计算中的网络负载、提高通信效率、动态适应变化了的网络 环境，并具有很好的安全性和容错能力。 2 2 1 移动a g e n t 的特点 移动a g e m 是一个全新的概念，虽然目前还没有统一的定义，但它至少具 有如下一些基本特征【1 7 1 8 】： ( 1 ) 身份唯一性：移动a g e n t 必须具有特定的身份，能够代表用户的意愿。 ( 2 ) 移动自主性：移动a g e n t 必须可以自主地从一个节点移动到另一个节点， 这是移动a g e m 最基本的特征，也是它区别与其他a g e n t 的标志。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 运行连续性：移动a g e n t 必须能够在不同的地址空间中连续运行，即保持 运行的连续性。具体说来就是当移动a g e n t 转移到另一节点上运行时，其状态 必须是在上一节点挂起时那一刻的状态。 2 2 2 移动a g e n t 系统结构 虽然目前不同移动a g e n t 系统结构各不相同，但几乎所有的移动a g e n t 系 统都包含移动a g e n t 两个部分，移动a g e n t ( 简称m a ) 和移动a g e n t 服务设施( 简 称m a e ) 两部分。系统结构如图2 1 所示。 图2 1 移动a g e m 系统的体系结构 m a e 负责为m a 建立安全、正确的运行环境，为m a 提供最基本的服务( 包 括创建、传输、执行) ，实施针对具体m a 的约束机制、容错策略、安全控制和 通信机制等。m a 的移动性和问题求解能力很大程度上取取于m a e 所提供的服 务，一般来讲，m a e 至少应包括以下基本服务： 事件服务包含a g e n t 传输协议和a g e n t 通信协议，实现移动a g e n t 间的事件 传递： 目录服务提供移动a g e m 的定位信息，形成路由选择； 安全服务提供安全的执行环境； 应用服务提供面向特定任务的服务接口。 通常情况下，一个m a e 只位于网络中的一台主机上，但如果主机间是以高 速网络进行互联的话，一个m a e 也可以跨越多台主机而不影响整个系统的运 8 武汉理l ：人学硕士学位论文 行效率。m a e 利用a g e n t 传输协议( a g e n tt r a n s f e rp r o t o c o l ，a t p ) 实现m a 在主 机间的移动，并为其分配执行环境和服务接e 1 。m a 在m a e 中执行，通过a g e n t 通信语i f ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ，a c l ) 相互通信并访问m a e 提供的各 种服务。 在移动a g e n t 系统的体系结构中，可以细分为用户a g e n t ( u s e r a g e n t ，u a ) 和 服务a g e n t ( s e r v e ra g e n t ，s a ) 。u a 可以从一个m a e 移动到另一个m a e ，它 在m a e 中执行，并通过a c l 与其它m a 通信或访问m a e 提供的服务。u a 的主要作用是完成用户委托的任务，它需要实现移动语义、安全控制、与外界 的通信等功能。s a 不具有移动能力，其主要功能是向本地的m a 或来访的m a 提供服务，一个m a e 上通常驻有多个s a ，分别提供不同的服务。由于s a 是 能不移动的，并且只能由它所在m a e 的管理员启动和管理，这就保证了s a 不 会是“恶意的”。u a 不能直接访问系统资源，只能通过s a 提供的接口访问受控 的资源，从而避免恶意a g e n t 对主机的攻击，这是移动a g e n t 系统经常采用的 安全策略。 2 3 基于嵌入式异构环境的协商 2 3 1 制造设备中的移动a g e n t 移动a g e n t 是将整个i n t e m e t 作为计算平台的，移动a g e n t 很可能要在不同 的计算环境中( 包括移动设备) 自主地执行，因此必须首先解决移动a g e n t 的 跨平台问题i l 啦2 0 l 。j a v a 语言使用虚拟机较好地解决了异构计算环境的问题，因 而现在多数a g e n t 系统都是基于j a v a 语言实现的。 制造链中有两种重要的实体：订单( 制造任务) 和节点企业( 可以完成订 单) ，这里将这两种a g e n t 定义为任务a g e n t 和资源a g e n t 。其中资源a g e n t 根 据不同情况可分解为企业级、车间和设备级等不同层次。设备级别的a g e n t 大 多数情况下运行于机床等机电设备上，这些设备大多装有嵌入式仪表装置，甚 至装有无线移动装置。一旦a g e n t 真j 下实现了跨平台运行，那么这三种级别的 多a g e n t 系统就可以实现。同时，引进移动a g e n t 用于跟踪监控制造链中与生 产过程相关的节点企业，交换信息，或必要时在a g e n t 之间进行协商，移动a g e n t 的智能性、自治性和可移动性为制造生产调度等难题提供了有力支持。 9 武汉理。1 ：大学硕士学位论文 2 3 2 谈判过程与谈判策略 任务和资源的分配成为多a g e n t 系统的一个主要领域。交互协议所接受的 基本策略是先分解任务再分配任务。这样可以减少任务的复杂性。相对较小的 子任务对a g e n t 的能力以及资源的要求都降低了。比如，机械没计型任务，它 可以分解成部件设计、零件设计等。但是，系统必须在具有选择性的分解( 任 务) 的环境中进行决策，如果情况允许，这样的分解过程必须同时考虑到资源 以及a g e n t 的能力问题1 2 1 1 。同样，由于在任务之间可能相互影响，所以在a g e n t 之间会存在冲突，这时通过协商机制来解决。 s m i t h 等指出任务共担的关键问题是如何发现合适的a g e n t 将任务分配下 去，并讨论了解决此问题的协商的基本思想和实现协商的合同网技术。合同网 技术是一种多a g e n t 之间的任务分配技术，a g e n t 之间通过协商谈判来执行给 定的任务【2 2 1 。 基于合同网的任务分配策略主要是采用招投标的形式将待分配任务从招标 方分配给投标剖2 3 j 。因此有必要对在这种形式的任务分配过程中的主体招 投标双方的主要功能以及其基本评标策略进行讨论和研究。 在现实的买卖谈判过程中，一般招标方a g e n t 向不止一个a g e n t ( 可能的 投标者) 发放了标书，而这些a g e n t 将根据兴趣、意图及当前状态而决定是否 投标。如果不止一个的投标者向招标方递交了标书，招标方可按照一对多的单 回合谈判过程和谈判策略实施谈判 2 4 - 2 5 j 。 在协商过程中，a g e n t 互相交换反映自己信念、愿望、意图( b e l i e f , d e s i r e 、 i n t e n t i o n ，b d i ) 的提议。在交互的每一轮中，a g e n t 提出根据自己的协商策略 所产生的提议1 2 6 1 。在接收到对手的提议后，a g e n t 便利用效用理论对提议进行 评估，如果该提议是可以接受的，则接受提议，协商成功结束；否则a g e n t 根 据自己的协商策略提出反提议。 v o nn e u m a n n 和m o r g e n s t e m 提出的期望效用理论，经过发展已经成为解 决个人在不确定环境下选择问题的主要方法。在这里提议的评估使用多属性效 用理论m a u t ( m u l t i a t t r i b u t eu t i l i t yt h e o r y ) ，效用值是对a g e n t 的某个协商 中提议或最终结果所获得的利益的评估。提议( p r o p o s a l ) 是协商对象( 合同) 的具体实现，即a g e n t 的一次取值设定。反提议( c o u n t e r p r o p o s a l ) 也是协商对 象( 合同) 的具体实现，是a g e n t 对接收到的不可接受的提议的又一次取值设 定。 l o 武汉理工人学硕十学位论文 假设v 吕、v 品分别表示a g e n t 口交货期( d ) 、制造成本( j ) 的保留值2 7 2 引。 定义1 单议题效用函数：a g e n t 口与，就单议题d ，即交货期进行协商，它 的效用函数表示如下： 吲即) = h 筹 ， 上式中，尸代表口向，提出的p r o p o s a l ，x d 代表a 向，就交货期d 所给出的当 前协商值。 定义2 多议题的联合效用函数可用下式表示： 彤力= w 帏一场) + 嵋帏一两) ( 2 2 ) j c r ( p , o = ( 诉v 一场) + 啦一x n ) ( 2 3 ) 上式中w ：与wr ，分别表示口和，给出议题的权重， _ ，w ；= 1 ， i j一i = l j 2 川w ；= 1 。 根据定义2 ，口针对，的提议，作出的行动如下【2 9 】： ( t h , t ) = 9 府， f r a c c e p t ，j u 8 ( f f ，f ) ( 只l ，t + 1 ) ( 2 4 ) 覃1 卜g o 。 o t h e r w i s e 上式的含义是：在时间t ，口收到来自，的p r o p o s a l ，然后对p r o p o s a l 进行 效用评估，如果此时t 大于最大协商期限丁。，表明协商时间到，则口通过线程 历终止与，的协商，协商以失败结束；如果此时收到的p r o p o s a l 中的联合效用 j u 。( c 7 ，t ) 大于或等于在下一时刻准备发送给，的p r o p o s a l 中的联合效用 j u 。( 只：。，+ 1 ) ，则口接受，的p r o p o s a l ，协商成功，达成一致：否则，口将修改 其保留值，然后向，发送反提议。 如果要做出让步，就需要修改保留值的大小。对保留值的修改将由以下基 于时间的决策函数给出【3 0 】： 武汉理工大学硕十学位论文 聪。= 礁+ ( ，) ( 一) ( 2 5 ) 其中， 础) ：k + ( 1 - k ) f ，堂型 - 0 k l ( 2 6 ) lf 。 a ( ，) 是时间决策因子，其中的p 值，决定了基于时间的不同协商策略。当d 1 时，表明在协商过程中首先采取妥协策略，随着时间的增加，协商限定 时间快到了，于是采取了不妥协的方式，我们将这种策略称之为c o n c e d e r 策略。 2 3 3 基于移动a g e n t 的合同网协商 在任务层调度阶段，当客户向制造链上的承包商发出制造任务需求或制造 订单后，承包商企业便生成一个任务a g e n t ，开始任务分配过程。任务a g e n t 从客户处搜集各种信息，并转换成一系列任务子任务树，成为任务单( b i l l o f t a s k ，b o t ) 3 1 】。为了在任务联盟中标识所需合作伙伴，任务a g e n t 将较合适 的合作伙伴记录到b o t 中，移动到目的地，与其联系，交换相关信息，并进行 合作完成该订单任务的意愿和能力等方面的咨询。 当任务需要更多的信息时，就会通过移动a g e n t 增加在承包商、客户和相 关合作伙伴之问的通信。通过对合作伙伴的评价和选择，在所有必要意见达成 一致后，相关资源a g e n t 将制定初步生产调度计划。 本文主要研究跨平台的分布式协商交互，采用移动a g e n t 实现多a g e n t 系 统信息交互是可行的。在协商过程中，a g e n t 间需要通信并反复交流，鉴于联 盟制造环境的复杂性、异构性，必须考虑多方协商等问题。移动a g e n t 作为传 输信息的工具在需要协商的双方之间交流建议与反建议，经过多轮协商直到完 成达成目标一致或不能达成协议。传统的通信方式会在成员企业向盟主企 业返回信息时增大网络数据流量和网络负载，而移动a g e n t 具有分布式计算的 特点，即将计算移往数据，而不是将数据移往计算。而且任务a g e n t 可以随时 移动到各资源a g e n t 了解执行情况，及时反馈。 移动a g e n t 在协商中的执行过程： ( 1 ) 盟主a g e n t 根据订单任务，将其分解为可执行的制造任务。提取相关制 1 2 武汉理i ：大学硕一t ：学位论文 造信息，根据其所属类型，将任务信息、派遣路线及目的地等封装到移动a g e n t 中，并派遣到一些指定的目标企业a g e n t 中去。 ( 2 ) 移动a g e n t 到达目的地后，成员企业a g e n t 将任务信息、派遣路线及目 的地等封装到移动a g e n t 中去。自动提取出制造任务信息，并根据自身的原材 料储备、设备生产能力和可接单条件，再将结果通过移动a g e n t 返回给盟主 a g e n t 。 ( 3 ) 盟主a g e n t 接到反馈信息后，根据实际情况做出任务分配决策。如果个 成员企业的生产计划不能满足其要求，如产品交货期、制造成本等，盟主企业 将通过派遣移动a g e n t 协同各个成员企业资源反复协商，必要时，各方做出合 理让步，直到得到满意的任务分配结果。 协商过程具体实例的u m l 图描述如图2 2 所示。协商过程中设有4 家企业， 分别定义为e a l ，e a 2 ，e a 3 和e a 4 。e a ：是承包商，其他企业是竞争伙伴关 系。鉴于问题的规模，只设定了一个移动a g e n t ，定义为m a l 。协商调度的目 的是将分解后的定单任务分配给合适的企业，其目标是在满足定单交货期的前 提下，使订单任务以及各种资源的分配达到最优。为此，在m a l 的支持下，e a l ， e a 2 ，e a 3 和e 通过反复的信息交互与通讯完成了任务分配过程的协商与协 同。 e lm a le a 2e a 3e a 4 订单或上级任务 制造信息及路由 制造信息 一 制造信息 制造信息 认3 不能完成该任务 j a 3 不能完成