（计算机软件与理论专业论文）基于p2p的多agent框架设计及其应用研究.pdf

浙江工业大学硕士学位论文 基于p 2 p 的多a g e n t 框架设计及应用研究 摘要 随着互联网的发展，网络应用成为了计算机系统应用的研究热点。同时，以p 2 p 为代 表的网络结构将网络应用推向新的高潮。本文的主要目的是研究并开发了一套基于结构化 p 2 p 网络的多a g e n t 框架。将p 2 p 网络的基本思想和多a g e n t 系统开发相结合，实现了一 套能够在结构化p 2 p 网络中进行服务发布，服务搜索，a g e n t 查找，a g e n t 通信，a g e n t 迁 移的开发框架p 2 p m a f ( p 2 pb a s e dm u l t i - a g e n tf r a m e w o r k ) 。p 2 p m a f 将具有稳定性， 开放性，通用性，可扩展性等特点，基于p 2 p - m a f 能够快捷地开发各种多a g e n t 应用程 序和分布式系统应用。它将对p 2 p 应用软件的开发和多a g e n t 应用系统的开发有一定推进 作用。 本文首先对多a g e n t 系统和p 2 p 的理论基础做了较为全面的阐述和探讨；随后，以相 关理论为基础，结合软件工程设计技术，设计并实现了p 2 p m a f ；最后，基于p 2 p m a f ， 以系统应用为目的，先后实现并详细阐述了4 种典型的a g e n t 应用，以证明p 2 p m a f 的 设计已经达到最初的设计目标。这4 种应用包括：基于p 2 p m a f 的高阶方阵相乘，分布 式管理平台应用，基于a g e n t 的p s o 算法改进和基于反应式a g e n t 的简单博弈系统。这些 应用都从不同侧面反映了p 2 p m a f 的特点，并都取得了令人满意的结果，由此可以推断， p 2 p m a f 的开发是成功的，也是具有一定实用价值和研究意义的。 关键词：对等网络，自主体，粒子群，分布式系统 浙江工业大学硕士学位论文 r e s e a r c ho np 2 pb a s e d m u m a g e n tf r _ 鲇e wo r k w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r n e t , n e t w o r ka p p l i c a t i o nh a sb e c o m et h ef o c a lp o i n to f r e s e a r c ho fc o m p u t e rs y s t e ma p p l i c a t i o n s a st h es a m et i m e ，p e e rt op e e rn e t w o r ka sa l l i m p o r t a n tn e t w o r ks t r u c t u r eh a sg r e a ti m p a c to v e rd e v e l o p m e n to fn e t w o r ka p p l i c a t i o n s t h i s p a p e rm a i n l yd i s c u s s e sa n dp r o p o s e sam u l t i a g e n tf r a m e w o r kb a s e do ns t r u c t u r e dp 2 pn e t w o r k w h i c hn a m e dp 2 p m a f ( p 2 pb a s e dm u l t i a g e n tf r a m e w o r k ) i nt h i sp a p e r t h ep 2 p m a f c o m b i n e sp 2 pn e t w o r kw i t hm u l t i a g e n ts y s t e m ，w h i c hs u p p o r t sav a r i e t yo fo p e r a t i o n si np 2 p n e t w o r k ，s u c ha ss e r v i c ep u b l i c a t i o n ，s e r v i c es e a r c h ，a g e n tc o m m u n i c a t i o n ，a n da g e n tm o b i l i t y t h ep 2 p m a fw h i c hm u s tp l a yac e r t a i nr o l ei n p r o m o t i n gm u l t i - a g e n t a n dd i s t r i b u t e d a p p l i c a t i o n sa l s oh a sf e a t u r e so fs t a b i l i t y , o p e n i n g ，u n i v e r s a l i t ya n ds c a l a b i l i t y , b a s e do nw h i c h m a n y k i n d so f m u l t i a g e n ta p p l i c a t i o n so rd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n sc a nb ed e v e l o p e dr a p i d l y f i r s t l y , t h i sp a p e rr e v i e w ss o m eb a s i ct h e o r yo fa g e n ta n dp 2 pn e t w o r k ；s e c o n d l y , b a s e do n t h e s et h e o r i e sa n ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tm e t h o d o l o g y , p 2 p m a fi sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d l a s t ，f o u rt y p i c a la p p l i c a t i o n sa r el i s ta n di l l u m i n a t e di nd e t a i lt os h o wt h a tt h ed e s i g no f p 2 p m a fc a na c h i e v et h eo r i g i n a lo b j e c t i v e s t h e s ef o u ra p p l i c a t i o n si n c l u d eh i g h - o r d e rd e n s e m a t r i xm u l t i p l i c a t i o n ，d i s t r i b u t e dm a n a g e m e n ts y s t e m ，e n h a n c e dp s ob a s e do nm u l t i a g e n ta n d as i m p l et i c - t a c - t o eg a m et h e o r ys y s t e mb a s e do nr e f l e xa g e n t a l lt h e s ea p p l i c a t i o n sa c h i e v e s a t i s f a c t o r yr e s u l t sa n da l s os h o wt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp 2 p - m a ff r o md i f f e r e n ta s p e c t s s o ，w e c a nd e d u c et h a td e v e l o p m e n to fp 2 p m a fi ss u c c e s sa n dp 2 p - m a fi t s e l fi sw o r t h yo fs t u d y k e yw o r d s ：p 2 p , a g e n t ，p s o ，d i s t r i b u t e ds y s t e m 浙江工业大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工 作所取得的研究成果。除文中已经加以标注引用的内容外，本论文不包含其他个 人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得浙江工业大学或其它教育 机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律责任。 作者签名： 葛，荔 日期：扩p 年i l 月“日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权浙江工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，将本人的 学位论文委托研究生院向中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社的中国博士学位 论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库投稿，希望中国博士 学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库给予出版，并同意 在中国博硕士学位论文评价数据库和c n k i 系列数据库中使用，同意按章程规 定享受相关权益。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密哦 ( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：葛匆 刷醴轹枷彳 7 丹、| 叭分 日期：硝年，1 月“日 日期： r 年l 月必日 浙江工业大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 论文背景 随着计算机技术，网络通信技术和互联网技术的飞速发展，一种新的网络结构模式 p 2 p 网络应运而生。在一个典型的结构化p 2 p 网络中，不存在中心节点。每个节点 同时具有信息消费，信息提供和信息通讯三方面功能。随着人们对f 2 p 思想的理解和技 术发展，作为一种新的软件架构，p 2 p 可以开发出各种应用。除最初的文件交换外，还 出现了分布式存储，深度搜索，分布式计算，个人即时通讯和协同工作等新颖的应用。 其中一个非常著名的基于分布式计算的搜索外星文明的s e t i h o m e 科学实验。p 2 p 的 最大优点在于可以提供可靠的信息查询，增强信息系统的容错性和鲁棒性。与单一的中 心节点系统架构相比，结构化p 2 p 网络不存在中心服务器的性能，吞吐量等系统瓶颈， 比较适合大规模的网络建设。在以中心服务器结构为主的今天，p 2 p 网络无疑成为计算 机网络结构的一种重要的补充【。 上个世纪9 0 年代发展起来的a g e n t 技术，是人工智能，软件工程，并行与分布式计 算，计算机网络，虚拟现实及机器人技术等热门领域的热门研究课题。一些基于a g e n t 的技术系统已经应用于诸如分布式车辆管理，通信网络，作业调度等实际生产领域。可 以看到，随着计算机技术的不断发展，a g e n t 系统将会有越来越多的应用需求基于j a v a 的软件a g e n t 开发环境的研究和实现。 a g e n t 与p 2 p 技术在分布式计算，计算机协同工作等应用领域都有自己独特的处理 方式。其中，a g e n t 更注重系统的智能性，交互方式；p 2 p 技术着重系统的分布式结构 和智能结点的连接物理方式。因此，两者在一定程度上能够相互补足，结合使用。 到目前为止，阻碍a g e n t 系统大规模应用的主要原因之一是缺乏完善的，易于接受 的a g e n t 框架和开发环境。传统语言在编制a g e n t 方面力不从心，新的面向a g e n t 编程 语言又处于原始阶段，今年来出现的a g e n t 开发工具应用面相对狭窄，且尚不成熟1 2 1 。 浙江工业大学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 1 2 1p 2 p 应用现状 目前，国内外对p 2 p 技术的有大量的研究工作，如麻省理工大学的i r i s 计划1 3 1 ，s u n 公司的j x t a 平台【4 】，以及斯坦福大学的p 2 p 研究。i r i s 计划意在开发一套安全的分布 式数据存储系统，并支持其它分布式应用程序的开发。j x t a 作为p 2 p 框架，简化了p 2 p 网络的应用程序开发。 国内，如北京大学的m a z e 系统，是一个中心控制与对等连接相融合的对等计算文件 共享系统，清华大学研制的g r a n a r y 系统是基于对等计算的储存服务系统。 目前，国内p 2 p 软件已经有了较为成功的发展如p p l i v e ，e m u l e 等软件已经得到了广 泛的应用，标志着p 2 p 技术在流媒体共享，文件共享领域已经趋于成熟【5 l 。 1 2 2 a g e n t 研究现状 对于什么是a g e n t ，不同的研究者根据自己研究领域的研究特点，对a g e n t 的定义也 各不相同，几个比较典型的定义如下： 1 世界最大的a g e n t 标准化组织f i p a 认为，a g e n t 是驻留于环境中的实体，它可以解 释从环境中获取的反映环境中所发生事件的数据，并执行对环境产生影响的行) ( j 1 6 1 。 2 欧洲最大的a g e n t 研究组织a g e n t l i n k 认为，a g e n t 是一种具有自主性，问题导向的 计算实体，它能在动态，高效的环境中进行高效的运算川。 3 。a g e n t 研究领域的权威学者，w o o l d d r i d g e 和j e n n i n g s 认为，a g e n t 是处在某个环境 中的计算机系统，该系统有能力在环境中自主行动，以实现设计目标i 引。 对于多a g e n t 系统理论，目前国内外对于个体a g e n t 模型，群体a g e n t 模型，a g e n t 通信语言方面有较为丰富的研究。 目前被普遍接受的a g e n t 个体模型为b d i 模型i 纠，即由信念，愿望，意图构成的 a g e n t 。 b d o 模型是目前讨论较多的一种a g e n t 群体模型【1 0 1 。在b d i 模型的基础上，增加 了社会义务。 值得一提的是，j a d e x 框架【l l 】实现了b d ia g e n t 模型。 f i p a 组织对a g e n t 的研究进行了标准化。包括对a g e n t 通信，传输，管理，系统架 构和应用的标准化。其中最重要的，便是对a g e n t 通信的标准化。即，提出了a c l 通信 语言。 2 浙江工业大学硕士学位论文 由于a g e n t 作为一个主动对象，使得a g e n t 可以适用于变化频繁的系统中，改变个 别的a g e n t 不会对系统造成太大的影响。这正是当代软件工程需要达到的目标之一。然 而a g e n t 理论与现实应用差距较大，为此，面向a g e n t 的程序设计逐渐成为研究热点， 以缩短a g e n t 理论与应用之间的距离。 目前，a g e n t 的应用尚处于起步阶段。但a g e n t 在不少领域已经显示出其特有的优势， 如网络信息检索，分布式网络管理，分布式并行计算，电子商务，动态路由等。 在多a g e n t 框架方面，国外主要有i b m 的a g l e t s 框架1 1 2 1 ，c s e l t 和帕尔马大学开 发的j a d e 1 3 l ，辛辛那提大学开发的j a f m a s 系统【1 4 1 。其中a g l e t s 框架是基于j a v a 的 面向应用的实现，j a d e 框架完全依照f i p a 定义的a g e n t 标准实现。 1 2 3 主要a g e n t 框架介绍 1 2 3 1d a d e j a d e ( j a v a a g e n td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ) 是目前最为完善的a g e n t 框架。它严格遵 循f i p a 定义的多a g e n t 系统开发平台，j a d e 编程人员可以在构建a g e n t 的时候使用纯 j a v a 开发。同时，由于j a d e 简化了各a g e n t 之间的通信，通过符合f i p a 规范的消 息来传递信息，甚至可以在消息中嵌入序列化的对象，实现参数传递的规范性。另外， 由于j a d e 提供的d f ( d i r e c t o r yf a c i l i t a t o r ) ，使得系统的黄页功能能够直接被利用，方便 了客户容器的注册。通过j a d e 实现的a m s ( a g e n tm a n a g e m e n ts y s t e m ) 和s n i f e r 工具， 用户可以很方便地对所实现的平台进行调试，完善系统功能。j a d e 的黄页功能基于带 有索引服务器的p 2 p 网络，该结构容易退化为带有中央索引服务器的网络，这和本文所 设计的框架有所不同。 浙江工业大学硕士学位论文 图1 - 1j a d e 运行时结构1 射 一个独立的j a d e 系统至少包含一个主容器( m a i nc o n t a i n e r ) 和若干个普通容器 ( c o n t a i n e r ) 。主容器中运行着a g e n t 管理系统( a m s ) 和黄页服务( d f ) 。a g e n t 管理系统 提供名字服务并管理a g e n t ，黄页服务用于注册，查询a g e n t 提供的服务。在一个独立 j a d e 运行空间内，主容器成为事实上的中央容器，脱离主容器，任何普通容器上的a g e n t 无法获取需要的服务的位置。而在独立的j a d e 系统之间，即主容器之间，可以相互交 互信息，因此，j a d e 系统是含有索引服务器的层次化的p 2 p 网络。主容器的失效可能 对系统造成重大影响1 1 5 j 。 浙江工业大学硕士学位论文 图1 - 2j a d e 中a g e n t 的运行过程1 幻 从图1 2j a d e 的a g e n t 运行过程中可以看到，a g e n t 的生命周期为行为的处理周期。 a g e n t 在其生命周期中，总是不断的从行为池中取得行为，然后运行，重复这一过程， 直到a g e n t 被终止。 j a d e 采用异步消息传输模式。a g e n t 通过分布式j a d e 运行环境，传输a c l 消息。 接收a g e n t 将a c l 消息放入消息队列，并依次处理。 1 2 3 2a g l e t s a g l e t s 是由日本i b m 公司用纯j a v a 开发的移动a g e n t 技术，并提供着实用的平台 a g l e tw o r k b e n c h ，让人们可以开发并执行a g e n t 系统。它提供了一个简单而全面的移动 a g e n t 编程模型；它为a g e n t 间提供了动态和有效的通信机制；它还提供了一套详细且易 用的安全机制。a g l e t s 中a g e n t 以线程的形式被产生于一台机器上，可随时暂停执行的 工作，而后整个a g e n t 可被分派到另一台机器上，再重新启动执行任务。因为a g l e t 是 线程，所以不会消耗太多的系统资源【1 6 l 。a g l e t s 网络中，a g e n t 的查找和发现都依赖于 一台f i n d e r 中央服务器，因此，本质上，a 西e t s 系统依赖于此中央节点，才能动态发现， 和使用其它a g e n t 提供的服务。 值得一提的是，a g l e t s 框架中提出了一套基于a g e n t 的开发模式。是值得所有多a g e n t 开发者学习的。 浙江工业大学硕士学位论文 图1 - 3 a g l e t s 运行架构图1 1 日 1 2 3 3p i a x p i a x 是由日本o s a k a 大学开发的结构化p 2 p 网络的框架。在该框架中定义了可移动 对象a g e n t 。多a g e n t 在结构化p 2 p 网络中可以发布，查找，使用服务，并可以进行迁 移。然而，该网络侧重于结构化p 2 p 网络的算法研究，使用了跳图【1 7 l 实现p 2 p 路由算 法，对于a g e n t 模型的实现是不完善的，即a g e n t 没有基于线程实现，无法成为主动对 象，该框架中，更多的考虑是实现基于p 2 p 的服务网络。 p i a x 系统的设计理念如图1 - 4 所示。它有意在p 2 p 网络上构造以服务为基础的分 布式系统【1 7 】【1 8 】。 嗲 国 p i a x 的系统架构如图1 - 5 ： 图1 4p i a x 理念1 1 田 浙江工业大学硕士学位论文 w e b 服务 a g e n th o m e 综合层 授权， 安全管p 2 p 覆盖网络 理 l 冲c 物理网络 图1 - 5p i a x 系统架构【1 田 p i a x 系统架构中，由物理网络，r p c 层，p 2 p 覆盖网络，a g e n t h o m e 依次组成，其 中权限和安全支持贯彻整个系统。而p 2 p 覆盖网络的具体实现以插件形式可以替换。这 种架构体系有较强的实用性和可维护性，在p 2 p m a f 的开发过程中，起到非常重要的 指导作用。然而，p i a x 系统，提供了类似于r p c ，r m i 的形式获取远程服务，与理论 上a g e n t 的自主性相违背。 1 3 本文研究方法和目的 本文的最终目的是设计并实现一套可靠，稳定和简捷的轻量级分布式应用软件框架。 框架将屏蔽分布式应用软件底层通信的复杂性，为上层应用软件提供透明的分布式应用 开发环境。为此，本文立足于结构化p 2 p 网络和多a g e n t 系统。其中，结构化p 2 p 网络 为分布式系统互联的物理基础，单a g e n t 作为应用系统的基本执行模块，多a g e n t 系统 协作作为系统整体的运行方式。本文将结构化p 2 p 网络和多a g e n t 有机地结合在一起， 提出并构造一个基于结构化p 2 p 网络的多a g e n t 系统轻量级框架( 简称p 2 p m a f ) ，该 框架将简化分布式多a g e n t 应用系统开发，并缩短a g e n t 理论与实际应用的差距。与1 2 节所述的框架比较，p 2 p m a f 将同时具备a 酉e t s 和p i a x 框架的特点，因此，简单的理 解，p 2 p m a f 即a 出e t s + p i a x 。 基于p 2 p - m a f 框架将能够在p 2 p 网络中构造a g e n tt o a g e n t 的网络结构的应用程序， 并稳定地运行。p 2 p m a f 中a g e n t 的服务发布和查找将完全基于结构化p 2 p 网络，从而 7 浙江工业大学硕士学位论文 避免由于索引服务器瘫痪而导致全局系统崩溃的情况。框架将提供a g e n t 服务发布，服 务搜索，a g e n t 通信，a g e n t 迁移等基本操作。 p 2 p m a f 框架可以帮助开发人员快速，高效的开发多a g e n t 系统应用，分布式应用 系统。借助p 2 p 网络结构，能够有效，充分而便捷地利用网络中的计算资源。 在p 2 p m a f 多a g e n t 框架的应用方面，本文基于p 2 p m a f ，实现4 个有代表性的 多a g e n t 应用，证明框架的稳定性，实用性和合理性。这4 个应用分别为，基于移动a g e n t 的高阶矩阵乘法运算；基于多a g e n t 的分布式应用系统管理；基于反应式a g e n t 的简单 博弈系统；基于多a g e n t 的p s o 算法研究。 其中高阶矩阵乘法运算为p 2 p m a f 框架应用的系统演示，它简单而不失代表性，将 p 2 p 1 v l a f 置于高负载的运行环境中，以证明p 2 p m a f 能够满足高负载的性能需求。多 a g e n t 的分布式应用系统管理为p 2 p - m a f 在实际工程中应用，它基于a g e n t 通信，对分 布式服务进行统一管理。反应式a g e n t 的简单博弈系统验证了p 2 p m a f 内置的反应式 a g e n t 结构的合理性和实用性，基于a g e n t 的p s o 算法研究揭示了p 2 p m a f 在群智能 计算中的应用。大量的应用试验将会表明，本文提出，设计，实现的p 2 p 1 v l a f 是合理 且具有一定价值的。 1 4 论文章节安排 本章主要讨论了论文的背景，包括p 2 p 的应用现状，a g e n t 的基本概念以及先有的多 a g e n t 和移动a g e n t 框架。 第2 章将着重讨论了开发p 2 p m a f 框架的理论基础。包括a g e n t 个体模型，a g e n t 通信机制，移动a g e n t 的优势，p 2 p 网络的分类和选择结构化p 2 p 网络的原因。 第3 章则重点阐述了框架的设计及其实现，将整体框架呈现在读者眼前，尤其对系统 中的重点难点进行深入探讨，如a g e n t 迁移机制的实现，a g e n t 状态模型的实现，a g e n t 个体模型的实现，消息传输的实现，p 2 p 网络的实现，同时对系统整体架构，框架设计 思想与理论，如设计原则，设计模式等进行简单阐述。 第4 章重点阐述了p 2 p m a f 的应用，分别对高阶矩阵相乘，分布式系统管理，基于 a g e n t 的p s o 算法，基于反应式a g e n t 的简单博弈系统进行说明。 浙江工业大学硕士学位论文 第2 章理论与主要技术 2 1a g e n t 个体模型 目前，a g e n t 的个体模型基本可以分为三类，即反应式a g e n t ，慎思型a g e n t 和混合 式a g e n t 模型。 2 1 1 反应式a g e n t 反应式a g e n t 分为纯反应式a g e n t 和内置状态的反应式a g e n t 两类。纯反应式a g e n t 又称为定向a g e n t 。反应式a g e n t 结构基于m 1 t 的r o d n e yb r o o k s 所倡导的行为主义。 概括为三方面【1 9 11 2 0 ： ( 1 ) 智能行为的产生不需要符号人工智能所提倡的显式的知识表示； ( 2 ) 智能行为的产生不需要符号人工智能所提倡的显式的抽象推理； ( 3 ) 智能是某些复杂系统的应急的特性。 归类式结构a g e n t 是最著名的反应式a g e n t 结构。归类式结构有两个明显的特点。 第一，a g e n t 的决策行为通过一个完成任务的行为集合实现。每一种行为都被看成一个 单独a c t i o n 函数，它不断地获取感知输入并将它映射成一个可执行的动作。每个行为模 块都试图完成预定的任务。第二，归类式结构a g e n t 定义的多个行为，在满足一定条件 时，可以同时被触发。因此，b r o o k s 建议将这些模块进行优先级排序。优先级别高的行 为模块总是先于优先级别低的模块执行。 一种典型的反应式a g e n t 为火星岩石标本采集车。其职责是从火星表面采集岩石到 母舰内。其行为集合如表2 1 所示： 浙江工业大学硕士学位论文 表2 - 1火星岩石样本采集车行为集合1 8 1 编号条件行为优先级 l 有障碍物改变方向 1 0 0 2 携带标本且在基地放下标本 9 0 3 携带标本且不在基地回基地 8 0 4 检测到标本捡起标本 7 0 5 真随机移动 6 0 其中，优先级别高的行为将首先被执行，只有当优先级别高的行为条件无法满足时， 才执行优先级别低的行为。 表2 - 1 所示的a g e n t 可以实现寻找标本并带回基地的任务。当存在大量a g c m 且标 本随机分布时，这些a g e n t 可以取得很好的效果。一种对这种a g e n t 的改进可以在文献 【8 】中找到。 图2 - 1 反应式a g e n t 结构f 2 4 1 图2 1 显示了无状态反应式a g e n t 的运行图。 反应式a g e n t 的形式化描述如下： 决策函数a c t i o n 通过行为的集合以及这些行为间的抑制关系来实现。行为是一对 ( c ，a ) ，c c - p 是感知对象的集合，被称为条件，a e a 是一个动作。当环境在s e s 的状态 下，当且仅当s e e ( s ) c 时，行为( c ，a ) 才被触发。令b e h = ( c ，a ) ic 生p 且a a ) ) 是所有 1 0 浙江工业大学硕士学位论文 这样规则的集合i 羽。 与a g e n t 行为集合有关的规则r - - b e h 是行为集合上的二元关系：- g - c - r x r ，其中 为全序关系。若0 , 1 ，b 2 ) 即b l b 2 ，表示b 1 比b 2 行为等级低，因此得到比b 2 更高的 优先级。 f u n c t i o ns e l e c t a c t i o n ( p e r c e i v ep ) ：a c t i o n s ( c ，a ) ：= ( c ，a ) i ( c , a ) e ra n dp c ) s e t 如，a t ) = s e l e c t _ h i g h t e s t _ p r i o r i t y _ i ns ( c ，a ) r e t u r na t e n df u n c t i o n 反应式a g e n t 虽然结构简单，但具有极强的实用性。在实时性，可靠性，鲁棒性等 方面有很好的表现。 2 1 2 慎思型a g e n t 慎思型a g e n t ( d e l i b e r a t i v ea g e n t ) 由于采用了传统的人工智能方法而一时成为研究的 热点。慎思型a g e n t 是指a g e n t 必须具有主体应有的意识状态( i n t e n t i o n a l s t a n c e ) ，如信念、 期望、意图、承诺等。基于这种思想，澳大利亚学者r a o 和g e o r g e f f 提出了b d i ( b e l i e f - - d e s i r e - - i n t e n t i o n ，即信念一期望一意图) 模型。b d i 模型的一般结构如图2 2 所示1 9 】f 2 1 1 。 浙江工业大学硕士学位论文 图2 - 2 b d i a g e n t 模型田l 在目前的研究中，有学者使用面向对象的方法设计并实现了慎思型a g e n t 。慎思型 a g e n t 的工作流程如图2 - 3 所示： 1 2 浙江工业大学硕士学位论文 图2 - 3b d ia g e n t 模型的实现阳l 其中，哲学层面的慎思型a g e n t 描述和实现层的慎思型a g e n t 对应如表2 2 ： 表2 - 2 慎思型a g e n t 实现层次1 2 1 j p h i l o s o p h yl e v e l b e l i e fl i b r a r yd e s i r el i b r a r yi n t e n t i o nl i b r a r y i m p l e m e n t a t i o nl e v e l b e l i e fl i b r a r ye v e n tl i b r a r yp l a nl i b r a r y 一个基于面向对象思想设计的可行的b d ia g e n t 实现如图2 4 ： 图2 - 4b d ia g e n t 的面向对象实现【2 1 l 与反应式a g e n t 相比，慎思型a g e n t 具有更高的智能，但其实时性，鲁棒性不如反 应式a g e n t 。 2 1 3 混合式a g e n t 混合式a g e n t 综合反应式a g e n t 和慎思型a g e n t 各自特点。在处理过程中，兼具快 速反 层是 应和使用推理的特点。混合式a g e n t 系统通过被设计成至少包含如下两个部分：高 一个包含符号世界模型的认知层，它用传统砧的方式处理规划和进行决策；低层 浙江工业大学硕士学位论文 是一个能进行快速响应和处理环境中突发事件的反应层，它不使用符号表示和推理系统。 反应层通常给予更高的优先级。采用混合式a g e n t 要主要要解决的问题是，各层间如何 交互及采用怎样的控制框架【2 2 1 。 混合式a g e n t 一般具有如下三种结构，如图2 5 ： 感知 输入 动作 输如 动作输出 第n 层 t 第2 层 i +第l 层+ 感 第n 层 l i 第2 层丫 千第l 层 a ) 水平层级结构崛直层级结构( 一路控制)c ) 垂直层级结构( 二路控制) 图2 - 5 混合式a g e n t 结构嘲翰 水平层次中，每一个软件层都与传感器输入和动作输出直接相连。从效果上讲，每 一层都类似于一个a g e n t ，并产生关于执行什么动作的建议。水平层次的最大优点在于 概念上的简洁性。如果一个a g e n t 来表现n 种不同的行为，那么就要实现n 个不同层。 然而，由于每一层在效果上都要与其它层竞争来生成动作建议，那么就有可能导致a g e n t 总体行为不和谐。为了保证水平结构是一致的，水平层次结构一般包括一个调停函数， 来决定在给定时间内由哪一层来控制a g e n t 。然而，使用这种中心控制的方式来控制 a g e n t 是不合理的，因为这种设计意味着设计者必须事先考虑好层次间所有可能的交互。 如果结构中有n 层，每一层都能建议m 种可能的动作，这就意味着要考虑m n 种交互。 这从设计角度来说这是很困难的。这种中心控制系统也必然成为a g e n t 决策的瓶颈。 上述问题在垂直层次结构中部分地得到解决。垂直层次结构可以分为一路控制和二 路控制两种。在一路结构中，控制流顺序地经过每一层，直到最后一层才生成动作输出。 在二路结构中，信息在a g e n t 中向上流动( 第一路) ，然后控制再向下流回来。在一路和 二路的垂直层次结构中，层次间交互作用的复杂性降低了。由于n 层之间有n 1 个接口， 如果每一层都能够建议m 个动作，那么最多有m 2 ( n 1 ) 个层次间的相互作用需要考虑。 这显然比水平层次结构的情况简单许多。然而，这种简单性却以灵活性为代价，为了使 浙江工业大学硕士学位论文 垂直层次结构做出决策，控制命令必须经过每个不同层，因此这种结构不能容错，任何 一层的故障都可能会对a g e n t 的性能产生严重影响【射。 2 2a g e n t 通信机制 2 2 1 a g e n t 的通信方式 通信能力是a g e n t 的一个重要的特征。a g e n t 可以通过通信来改变另一个a g e n t 的目 标和信念，影响另一个a g e n t 的行为。要实现a g e n t 间的通信，a g e n t 必须有一定的查 找和搜索能力，因为任何a g e n t 都不可能保存其它所有a g e n t 的地址信息。这样会导致 存储空间的浪费，而且难以保证不同a g e n t 信息的一致。通常情况下，a g e n t 只需知道 其它a g e n t 的名字，就可以按名寻址，在某些场合甚至名字都不需要知道，a g e n t 只需 知道自己需要的服务。本文中提出的框架，便是按照a g e n t 所需的服务进行寻址。 a g e n t 的通信方式基本上可以分为“黑板一和“消息传递 两种。第一类是广播通信 形式，属同步消息传递。把消息放在共享的可存取的黑板上，每个a g e n t 均可以向黑板 发送消息，也可以从黑板上读取消息。对于发送者而言，他无需知道谁在使用这些消息。 第二类是消息传递通信方式，属于异步消息传递，即一个a g e n t 可以向一个或多个a g e n t 发送消息，采用点对点的传递方式，这种通信与协作方式需要多个a g e n t 之间有更多的 了解，要求发送者事先应知道接收a g e n t 的有关信息。 2 2 2 a g e n t 消息传输参考模型 a g e n t 消息传输参考模型包括三个标准： 1 消息传送协议( m e s s a g et r a n s p o r tp r o t o c o l ，m t p 卜用于执行两个a g e n t 通信信 道之间的消息的物理传输； 2 a g e n t 隶属的a g e n t 平台( a g e n tp l a t f o r m ) 提供的消息传输服务( m e s s a g et r a n s p o r t s e r v i c e ，m t s ) ，m t s 支持同一a g e n t 平台上的a g e n t 之间以及不同a g e n t 平台的a g e n t 之间的f i p a - 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 ) 消息的传输； 3 a c l 描述了m t s 和m t p 运载的消息内容。 a g e n t 消息的抽象形式由两部分组成，表述传输信息的消息包( e n v e l o p ) 以及由负责 a g e n t 通信的a c l 消息组成的消息实体。 一种具有普遍性的典型的消息格式如下所示： ( ： ) ，宰) 浙江工业大学硕士学位论文 2 2 3 消息传输服务 m t s 提供了一种在a g e n t 之间传输a c l 消息的机制。这些a g e n t 可能是同一a g e n t 平台上的a g e n t ，也可能来自不同的a g e n t 平台。在任意给定的a g e n t 平台上，由a g e n t 通信信道提供m t s 。它主要包括以下几个方面： 消息包 消息包有相同的语义学并执行相应的通信动作。以下是一个消息包形式的一般性描 述： 一个消息包包含一个参数集合； 一个参数是形如“名称值 对的形式； 一个消息包至少包含下列几个命令1 0 ，f r o m ，d a t e 一个消息包能包含可选择的参数。 每个a c c 通信信道处理一条消息就可能为稍息包增添一条新信息，但它不会覆盖当 前的信息。a g e n t 通信信道也能添加新参数到消息包上，且会覆盖具有相同参数名的当 前参数。每种具体的消息包语法部详细定义了用于消除消息包歧义的机制。 a g e n t 标识符及传输地址 a g e n t 标识符( a j d s ) 及传输地址在【2 3 l 中明确定义。 a g e n t 通信信道( a g e n tc o m m u n i c a t i o nc h a n n e l ，a c c ) a c c 为a g e n t 平台上的a g e n t 直接提供服务。a c c 可以通过访问其他a g e n t 平台服 务( 例如a m s 和d f ) 的信息来执行它自身的消息传输任务。a c c 的运作机制由下列十一 个部分组成：标准接口、私有接口、消息处理动作、消息包解释、转发消息、单一接收 器的处理、单一接收器多样传输地址的处理、多样接收器的处理、消息交付、名字决议 服务的使用，消息的出错与确认【冽。 2 2 4 a g e n t 通信语言 目前国际上最著名的a g e n t 通信语言除了上述的f i p a 的a c l 之外，还有美国a r p a 的知识共享计划( k n o w l e d g es h a r i n ge f f o r t ) 中提出的两个相关的语言；一个是 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 nl a n g u a g e ) 1 2 s 】知识查询与操纵语言，另一 个是k i f ( k n o w l e d g ci n t e r c h a n g ef o r m a t ) 2 6 j 知识交换格式。知识共享计划的目标是 为开发和建立大型的可共享的、可重用的知识库( k n o w l e d g eb a s e ) 所需要的技术和方法。 1 一， 浙江工业大学硕士学位论文 2 2 4 1k q m l k q m l 是一个高级的基于消息的通信语言和信息交换协议，它不同于传输协议 ( t c p i p 、s m t p 、h o p 等) ，也不同于内容语言( 如k i f 、s q l 、s t e p 、p r o l o g 等) 。 k o m l 被分为三层，内容层、消息层和通信层。内容层包含消息的实际内容，k q m l 可以携带任何语言表达的内容，包括表达为a s c i i 码或二进制代码的语言：通信层描述 低级的通信参量，如发送者、接收者和与通信有关的唯一标识符；消息层是k q m l 语言 的核心，它的主要作用是识别传输消息所采用的网络协议，给出发送者对内容的态度或 意图，即语言行为或谓词( p e r f o r m a t i v e s ) 。k q m l 认为每个消息不仅包含内容也包含发 送者对这个内容的态度或意图，为了表达消息的这种意图，k q m l 给出一组预先定义的 基于“语言行为理论 的消息类型，如a s k 、t e l l 、e r r o r 、s o r r y 等。在这一层中也包括 一些可选特征来描述内容的语言和o n t o l o g y 等。图