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摘要 工作流管理系统( w f m s ) 自出现以来，在一定程度上推动了企事业生产 和管理的发展，而反过来，企事业生产和管理的发展又对工作流管理系统提 出了更高的要求。因此，为了满足企事业的新的需求，对工作流管理系统进 行不断的发展和完善是十分必要的。本文在前人研究基础上设计出一种基于 a g e n t 的分布式工作流系统框架。 首先，本文介绍了a g e n t 的定义和特点。重点阐述了多a g e n t 系统，对 多a g e n t 之间的协调与协作以及多a g e n t 的结构模型做了详细讨论。 然后，介绍了工作流相关技术，重点阐述了工作流的参考模型及当前研 究现状。 最后，分析了几个典型的工作流管理系统，对已有的一种分层结构的的 工作流框架进行阐述，并对其性能进行分析，在此基础上，提出了一种基于 a g e n t 的分布式工作流系统。对该系统进行了详细的描述，并且对其结构及 性能进行了分析，详细说明了a g e n t 的内部模块以及a g e n t 之间的通信。提 出了基于层次联盟的多a g e n t 组织结构。 关键词：a g e n t ；多a g e n t 系统( m a s ) ；工作流；分布式 重釜鎏三i 呈i ：耋玺：i ：窑譬兰 a b s t r a c t w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ( w f m s ) a c c e l e r a t e dt h ed e v e l o p m e n to f e n t e r p r i s e sp r o d u c t i o na n dm a n a g e m e n t ，a tt h es f l r n ef i i n et h ed e v e l o p m e n to f e n t e r p r i s e sp r o d u c t i o n a n d m a n a g e m e n ta s k e df o r t h ed e v e l o p m e n ta n d p e r f e c t i o n o fw f m s t h e r e f o r e ，t os a t i s f ye n t e r p r i s e sn e wr e q u i r e m e n t ，i t s n e c e s s a r yt oi m p r o v ew o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m s oan e wd i s t r i b u t e d w o r k f l o ws y s t e mf r a m eb a s e do na g e n ti sb r o u g h to u ti nt h i st h e s i s i nt h i st h e s i s ，f i r s tw ew i l ls e et h ed e f i n i t i o na n ds p e c i a l t i e so fa g e n t t h e m u l t ia g e n ts y s t e m ( m a s ) i se m p h a s i z e d t h es t r u c t u r ea n dc o o r d i n a t i o nh a v e b e e nd i s c u s s e dq u i t ep a r t i c u l a r l y l a s t l y , s e v e r a lc l a s s i c a lw o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e ma r ea n a l y s e d an - t i e r w o r k f l o wf r a m e w o r ki s r e p r e s e n t e da n da n a l y s e d ，s oad i s t i l b u t e dw o r k f l o w s y s t e mb a s e do na g e n ti se l i c i t e d t h i st h e s i se x p l a i n si t ss t r u c t u r ea n d p e r f o r m a n c e ，d e p i c t st h ei n t e r i o rm o d u l eo fa g e n ta n dc o m m u n i c a t i o n sb e t w e e n a g e n t s a na l l i e ds t r u c t u r eo fm u l t i a g e n ti sa d o p t t e d , e l a b o r a t ea n a l y s i sa n d c o n t r a s tb e t w e e nt h en e wf r a m e w o r ka n dt h eo r i g i n a lo n ea r em a d e k e y w o r d ：a g e n t ，m u l t i - a g e n ts y s t e m ( m a s ) ，w o r k f l o w , d i s t r i b u t e d 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中己 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：望i 壬 日期：如年月f日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 2 0 世纪9 0 年代，随着计算机网络、计算机通信等技术的发展，对a g e n t 的研究不仅是分布式人工智能研究的一个热点，而且成为信息技术关注的一 个热点。a g e n t 的快速发展与i n t e m e t 和w w w 的广泛普及是分不开的。a g e n t 能使用户方便地得到自己想要的信息。a g e n t 的理论、技术，特别是多a g e n t 的理论和技术，为分布开放系统的分析、设计和实现提供了一个崭新的途径， 被誉为“软件开发的又一重大突破”。 工作流技术是实现企业业务过程建模、业务过程仿真分析、业务过程优 化、业务过程管理与集成，从而最终实现业务过程的自动化的核心技术。对 企业利用工作流方法进行业务过程的建模和深入分析不仅可以规范化企业的 业务流程，发现业务流程中不合理的环节，进而对企业的业务过程进行优化 重组，而且所建立的业务过程模型本身就是企业非常重要的知识库和规则库， 可以成为指导企业实施计算机管理信息系统的模型。所阱大力发展并推广工 作流技术对于促进我国企业管理规范化和信息化有重要的现实意义。 工作流技术被业界广泛应用并迅速发展，它的主要特点是使处理业务流 程自动化，使人以及各种应用工具相互之间协调工作，以完成某项工作。工 作流管理的目的是为了让合适的人或软件在恰当的时间执行正确的工作。 工作流技术已经在办公、工业和制造、设计开发等领域内获得了广泛的 应用。产品的设计和制造过程，银行的借贷和划账业务，还有商标的申请、 审查和注册业务等等，到处可以看到工作流的影子。 尽管经过工作流产品供应商与工作流研究人员十几年的不懈努力，工作 流技术取得了相当的成果，但是，从工作流系统的实际应用状况来看，还未 达到人们所期待的水平。 目前的工作流产品不适用于企业级的工作流管理。目前的商品化工作流 l 哈尔滨工程大学硕士学位论文 系统起源于办公自动化系统，因此工作流系统一开始只是作为一个协同工具， 是为小群体设计的，要解决的主要问题是关于共享和协作。而当人们发现了 工作流的应用潜力，想将其运用到大型环境中时，其本身的一些弊病就暴露 出来了，如单数据库、通信支持的不足、不支持异构和分布的环境等，至于 可测量性、可靠性等，则基本上未考虑。因此，目前的工作流产品不适用于 企业级的工作流管理。 目前的工作流系统缺乏健壮性和可重用性，没有备份机制和有效的恢复 手段，容错问题基本上没有考虑，系统对于出错的恢复弹性是极小的。一个 大型的企业级工作流管理系统可能包括有几千个用户和几十万个并行运行的 过程，并且分布在一个大型网络的几千个位置，其持续可用性就非常关键。 目前工作流普遍使用的是c s 系统，其结构有一定的脆弱性，服务器的 错误将导致整个工作流系统的失败。另外，集中式服务容易形成瓶颈，因此 很难对系统性能进行测量。 传统的工作流系统在定义流程时隐含假设了所有的任务的实现和它们之 间的协作均能被事先准确、完善的定义，事实上并非如此，大量业务流程对 环境变化很敏感。同时，由于许多工作流运行周期长，在运行过程中难免发 生变化，因此，工作流管理系统必须考虑异常情况和例外的处理。 鉴于上述原因，具有自组织、自学习和协同工作能力的智能型工作流管 理系统必然成为未来发展的个主要方向。在工作流技术发展已暴露出其缺 点和不足的惰况下，引入新技术来继续发展和完善工作流，无疑是一个行之 有效的方法。 将a g e n t 技术应用到工作流系统中，可以有效的解决下列问题： 工作流系统中的资源冲突问题：工作流系统和个人r 程安排系统都是 独立地管理企业内的各种资源，两个工作流有可能会竞争同一资源而 发生冲突。利用多a g e n t 协商技术可以有效地解决这个问题。 执行中的模式僵化问题：在工作流执行的过程中，工作流引擎被动地 解释执行过程定义。对于有些特殊的业务流程，需要动态地修改工作 流的执行路线。利用a g e n t 技术可以提高工作流执行的灵活性。 用户被动地处理工作项问题：在c s c w ( c o m p u t 日s u p p o r t e dc o o p e r a t i v e w o r k ) 领域，我们强调用户参与协作过程的主动性。有些企业机构的 2 哈尔滨工程大学硕士学位论文 严格，用户日程安排的自由度相对较小，但有些机构的管理相对宽松， 用户工作安排相对比较自由。a g e n t 可以协助用户自主地安排日程，提高 用户参与活动的主动性。 本课题就是在这样的背景下产生的，旨在设计出一个基于a g e n t 的分布 式工作流系统，并比较好地解决一般工作流系统所欠缺的柔性、自适应性和 规范性等问题。 1 2 本文所做的工作 本文所做的工作主要有以下几点： 1 阐述a g e n t 与多a g e n t 系统的相关技术。 2 阐述了工作流技术的理论和相关发展。 3 在进一步肯定将a g e n t 技术运用到工作漉管理系统基础上，对一个工 作流框架进行分析。 4 应用了a g e n t 的工作流框架弥# b t 该框架的一些缺陷，并进一步提高 了整体的性能。 1 3 本文结构和组织 全文共分五章。第一章是绪论，第二章是a g e n t 技术概述，第三章是工 作流技术概述，第四章是基于a g e n t 的分布式工作流系统的研究。具体的结 构为： 第一章绪论。 介绍本文的研究背景、意义、主要内容以及结构组织。 第二章a g e n t 技术概述。 介绍了a g e n t 以及多a g e n t 系统( m a s ) ，主要是a g e n t 之间的通信，多 a g e n t 系统的组织结构模型以及多a g e n t 间的协调与协作。 第三章工作流技术概述。 本章阐述本文中涉及到的工作流管理技术及工作流管理系统中的一些基 哈尔滨工程大学硕士学位论文 本理论和相关的研究。 第四章基于a g e n t 的分布式工作流系统的研究。 在一个分布式工作流框架的基础上提出了基于a g e n t 的分布式工作流系 统。首先分析了原有分布式工作流框架的优势和缺陷，继而提出了基于a g e n t 的工作流框架。对数据层，逻辑层，应用层三层结构分别进行阐述。描述了 a g e n t 的内部模块以及a g e n t 之间的通信。提出了层次联盟的多a g e n t 组织 结构。最后，对框架改进前后进行详细的性能分析以及对比。 堕：鎏三堡盔主堡圭耋j 耋鲨茎 2 1a g e n t 概述 第2 章a g e n t 技术概述 a g e n t 在国内其它相关领域中也被称为智能主体，甚至简称为主体。 a g e n t 这个术语是由m i n s k y 在1 9 8 6 年出版的( ( s o c i e t yo f m i n d ) l l l 中首先提 出来的，他认为社会中的某些个体经过协商可求得问题的解，这些个体就是 a g e m 。大到一个复杂的系统，小到一个简单的模块甚至进程，都可以被称为 a g e n t 。到目前为止学术界对它也没有一个统一的明确定义，就如同人工智能 领域中如何定义“智能”一样困难。现在广为学者们所接受的是w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s 等人给出的关于a g e n t “弱概念”和“强概念”的讨论【2 l 。 弱概念是从广义的角度规定了a g e n t 的特性，几乎所有被称为a g e n t 的 系统和实体都具有以下四个基本特性 3 1 ：自主性( a u t o n o m y ) 、反应性 ( r e a c t i v i t y ) 、预动性( p r o - a c t i v e n e s s ) 、社会性( s o c i a l i t y ) 。除此以外，a 2 e n t 根据应用背景的不同还可以具有其它的性质，如移动性、学习能力、通信能 力等等。 对于强概念的研究主要集中在理论方面，尤其是对于人工智能的研究者 来说，他们认为a g e n t 除了应具有弱概念中所指出的四个基本特性外，还应 该具有某些人类的特性。例如知识、信念、承诺等心智状态。有的学者甚至 提出a g e n t 应该有感情【4 】0 2 1 1 软件a g e n t 的特性 尽管目前人们对软件a g e n t 还没有非常确切的概念定义，但是作为一种 普遍的观点认为，a g e n t 一般应该具备以下属性： 哈尔滨上程大学硕士学位论文 图2 1 软件a g e n t 的属性 自主性( a u t o n o m y ) ：一个a g e n t 能在没有与环境相互作用或来自环 境的命令的情况下自主执行任务。这是a g e n t 区别于普通软件程序的 基本属性。 响应性( r e a c t i v i t y ) a g e n t 必须对来自环境的影响和信息做出适当 的反应。 主动性，面向目标( p r o a c t i v i t y g o a l _ o r i e n t e d ) ：a g e n t 不仅对环境变 化做出反应。而且在特定情况下采取主动行动。这种自身采取主动的 能力需要a g e n t 有严格定义的目标。 学习自适应能力( l e a r n i n g a d a p t a t i o n ) ；a g e n t 的智能由三个主要部 分来完成，即内部知识库，学习或自适应能力以及基于知识库内容的 推理能力。 可移动性( m o b i l i t y ) 一个a g e n t 在计算机网络中漫游的能力。 角色( c h a r a c t e r ) ：a g e n t 在社会活动中对安全性、风险任务、诚实 等因素的考虑。 通信合作协调( c o m m u n i c a t i o n c o o p e r a t i o n c o o r d i n a t i o n ) ：这是在 a g e n t 群体中应具有的社会属性。 当然，我们没有可能创建一个满足上面所有要求的a g e n t ，而是根据客观 应用的实际需要开发具有某些特征的a g e n t ，满足应用的要求。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 1 2a g e n t 的分类 a g e n t 研究学术界根据a g e n t 属性的各种组合形式，已提出各种分类的标 准和分类方法【5 1 。例如，a i 研究者通常根据智力强弱来区分不同的a g e n t ， 智力较强的a g e n t 通常被设计成具有明确的一d 智、情感等：在d a i 学术界， m o u l i n 和c h a i b d r a a a 等人根据问题求解能力来分类a g e n t ；n w a n a 等人则根 据特性和功能分类a g e m 。 1 根据问题求解能力分类a g e n t 反应a g e n t ( r e a c t i v ea g e n t ) ：能响应环境的变化或来自其他a g e n t 的消息。 意图a g e n t ( i n t e n t i o na g e n t ) ：能够针对意图和信念进行推理，建立 行为计划，并执行这些计划。这类a g e n t 也称为慎思a g e n t 。 社会a g e n t ( s o c i a la g e n t ) 除具有意图a g e n t 的能力外，还具有关 于其他a g e n t 的明确模型。 2 根据作用、智能和移动性的三维空间分类a g e n t i b m 公司的g i l b e r t 等人曾于1 9 9 5 年根据作用( a g e n c y ) 、智能和移动性 的三维空间来描述a g e n t ，如图2 2 所示。 作用是a g e n t 被赋予的自主性和权限的程度，并至少能够根据a g e n t 与 系统中其他实体之间交互的性质来定性说明。在最基本的情况下，a g e n t 必 须能够异步运行，如果一个a g e n t 能以某种方式代表一个用户，则作用度被 增强，更为先进的a g e n t 能够与数据、应用、服务或其他a g e n t 交互作用。 智能是推理、规划和学习行为的程度，指a g e n t 具有接收用户关于目标 的表述并能完成委托给它的任务。在最基本的情况下，能够有一些选择的描 述；更高级的模型包括一个用户模型和推理；更进一步的智能是系统对环境 的学习和适应能力，学习和适应是根据用户的目的和a g e n t 的可用资源进行 的。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 移 图2 2 根据作用、智能和移动性的三维空间描述智能a g e n t 移动性是a g e n t 本身在网络上移动的程度，移动剧本是在一个机器上构 成剧本，并运至另一台机器上执行，移动对象则是在执行过程中能够从一台 机器移至另一台机器，移动的同时携带所积累的状态数据。 3 从建造a g e n t 的角度分类 单个a g e n t 的结构通常分为思考型、反应型和混合型。 通过符号a i 的方法实现a g e n t 的表示和推理就是所谓的思考型a g e n t ( d e l i b e r a t i v ea g e n t ) ，也被称为慎思型a g e n t 。思考型a g e n t 的最大特点就 是将a g e n t 看作是一种意识系统，它应该能够模拟出人类所表现出来的意识 形态，如信念、愿望、意图( 包括联合意图) 、目标、承诺、责任等。在b r a t m a n 、 r a o 和g e o r g e f f 等提出的b d i ( b e l i e f - d e s i r e i n t e n t i o n ) 模型中【6 1 ，用信念、 愿望祁意图这三类意识态度来刻画a g e n t 的结构，并最终通过规划库来研究 r 哈尔滨工程大学硕士学位论文 b d i 模型的抽象性质和推理过程。c o h e n 和l e v e s q u e 又将“承诺 ( c o m m i t m e n t ) ”和“公约( c o n v e n t i o n ) ”的概念补充进来f j ，后又经j e n n i n g s 、 w o o l d r i d g e 等人的进一步发展，8 1 ，现在的b d i 模型已经成为最为系统和成 熟的思考型a g e n t 模型。 由于符号a i 的特点和种种限制给思考型a g e n t 带来了很多尚未解决、甚 至根本无法解决的问题，这就导致了反应型a g e n t ( r e a c t i v e a g e n t ) 的出现。 反应型a g e n t 的支持者们认为，a g e n t 的智能取决于感知和行动0 。从而提 出智能行为的“感知一动作”模型。他们认为，a g e n t 不需要知识，不需要 表示，也不需要推理，它可以像人类一样逐步进化，其行为只能在与现实世 界和周围环境的交互作用中表现出来。反应型a g e n t 的支持者们还认为，符 号a i 对真实世界中客观事物及其行为工作模式的描述是过于简化的抽象， 因而不可能是真实世界的客观反应。 反应型a g e n t 能及时而快速地响应外来信息和环境的变化，但其智能程 度较低，也缺乏足够的灵活性。思考型a g e n t 具有较高的智能，但无法对环 境的变化作出快速响应，而且执行效率相对较低。混合型a g e n t ( h y b r i d a g e n t ) 综合了二者的优点，具有较强的灵活性和快速响应性。它通常被设计 成至少包括如下两部分的层次结构：高层是一个包含符号世界模型的认知层， 它用传统符号a i 的方式处理规划和进行决策；低层是一个能快速响应和处 理环境中突发事件的反应层，它不使用任何符号表示和推理系统，反应层通 常被给予更高的优先级。 2 1 3a g e n t 的知识模型 知识是a g e n t 的重要组成部分。考察a g e n t 的知识内容和知识的使用场 合，可以把a g e n t 的知识分为两种范畴、三个层次。 首先，按照知识的应用范围，把a g e n t 的知识分为两种范畴：通用知识 和专用知识。 专用知识指面向一个专业领域的知识，也称为领域知识。它是和a g e n t 执行的特殊任务有关的知识，对每个a g e n t 而言，其内容可能千差万别。举 个例子，某枪械设计专家系统的特殊任务是通过一系列推理，得到满足用户 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 要求的枪械参数指标，那么所有与此推理活动有关的事实、规则等都是属于 该专家系统的专业领域的知识。 通用知识指一般a g e n t 共有的知识，或称常识。通用知识对每个a g e n t 而言，其内容大同小异，具体包括：a g e n t 通信知识( a g e n t 交互要使用的术 语、通信方式约定等等) ，能向它提供帮助的其它a g e n t 的摸型的集合( 其它 a g e n t 的位置，能力描述，其它a g e n t 使用的概念与领域知识模型中使用的 概念之间的映射关系描述等等) 。 对于每个范畴的知识又可以分为三个层次。 第一层是描述性知识，数量最多，也是最基本的知识，表示对象和概念 的特性及其相互关系，也称为“事实性知识”。 第二层是判断性知识，表示与领域有关的问题求解知识( 包括定理、规 则、原则等) ，通常用产生式规则表示。 第三层是过程性知识，是最抽象的知识，表示问题求解的控制策略，即 如何应用判断性知识进行推理的知识。 a g e n t 的知识库体现了a g e n t 的信念，每一个原子任务的求解成功体现了 意图的实现，每一个大问题的分解、分配、解综合则体现了愿望的逐步实现 过程。 2 1 4a g e n t 之间的通信 一个a g e n t 对环境变化进行预测时，要考虑到其它a g e n t 的活动是一般 不受自己控制，难于预测的。为了更好预测环境变迁和增强自身的行为能力、 实现自身需求，a g e n t 间必须进行通信。通信能力不是理性a g e n t 的必要特 性，而是a g e n t 社会性的体现。从语义层上看，通信交互就是a g e n t 间思维 状态的传递。通信的作用可以从以下两个角度考虑： 从a g e n t 间相互作用的角度看，通信的作用有： 预测：当a g e n ta 由通信得知a g e n tb 的信念后可以推断a g e n tb 的行 为，尤其是当a g e n ta 得知a g e n tb 的意图和需求后，可以更直接地了解 a g e n tb 将进行的动作。 控制：将a g e n ta 的规划中应由a g e n tb 完成的动作意图传给a g e n tb ， l n 哈尔滨j 二程大学硕士学位论文 a g e n tb 若接受，则其行动将受到a g e n ta 规划的制约，a g e n ta 在特定动作 上控制了a g e n t b 。 从b d i 看，通信的作用有： 信念：知识共享，扩大a g e n t 的观察范围、知识库容量、弥补单个a g e n t 推理能力的不足。 愿望：了解其它a g e n t 的需求，从整体上预测某个a g e n t 的行动；采纳 其它a g e n t 的需求，可以进行任务协作。 意图：了解其它a g e n t 的意图，具体预测某个a g e n t 的行动：采纳其它 a g e n t 的意图，可以进行规划协作( 结果共享协作) 。 在多a g e n t 系统中，a g e n t 之间的通信是通过发送消息的方式实现相互交 流的，这种对话机制目前多采用基于言语行为理论的a g e n t 通信语言( 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 ) 来实现的。 a c l 标准由三部分组成：外层k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n d m a n i p u l a t i o n l a n g u a g e ) 、内层语言k i f ( k n o w l e d g ei m e r c h a n g ef o r m a t ) 、公 共信息模型o n t o l o g y 。一个a c l 消息由一组k q m l 表达式组成。k q m l 既定义了消息格式，同时也是信息和知识的交换协议。它的核心是一个可扩 展的原语集，定义了a g e n t 可被允许对相互的知识集和目标集执行的操作， 如：查询、请求、提供服务等。每一条k q m l 消息以下由7 个域组成： s e n d e r ：原语的发送者。 r e c e i v e r ：原语的接收者。 i n r e p l y - t o ：本条原语所回应的原语的标识符。 r e p l y w i t h ：本条原语的标识符。 l a l l g u a g e ：原语内容所使用的描述语言。 o n t o l o g y ：关于原语内容的开放的字典。 c o n t e n t ：原语的内容。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 2 多a g e n t 系统 2 2 1 m a s 的涵义和研究内容 人类社会的组织形式对于专家学者们建立多a g e m 系统的概念和方法起 了很大的启发作用，单个a g e n t 的知识、计算资源和求解问题能力等毕竟有 限，解决方法就是模仿人类社会的组织形式，将若干a g e n t 组织成具有一定 组织结构的多a g e n t 系统( m a s ，m u l t i a g e n ts y t e m ) 。 我们把m a s 看作是由多个分布和并行工作的a g e n t 组成的计算系统，这 些a g e m 代表了在某种环境下的实际或虚拟的自治实体，常常具有不同的问 题求解方法、知识和能力、不同的结构( 异构性) 、不同的实现方法和不同的 目标，按照事先约定的语言和协议进行通信和合作，扩展单个a g e n t 的能力 并进行系统的问题求解。 在m a s 理论中，关于m a s 体系结构及其协作枫制的研究是处于核心的 问题。协作的目的是为了合理的分配资源，消除单个a g e m 之间为了达到目 标而制定的行为之间的冲突，通过合理的安排以提高问题处理的效率和减少 重复的行为以完成任务的求解。因此研究如何将多个a g e n t 组织为一个群体 并使各个a g e n t 有效地进行协调合作，从而产生总体解决问题的能力具有重 要的理论和现实意义。 m a s 的主要研究内容集中在以下几方面：a g e n t 结构和多a g e n t 组织结 构和模型的设计、a g e n t 协作策略、模型和机制的研究、a g e m 的通信机制的 研究等。通信是实现a g e n t 之间相互协作的基础。a g e n t 问的通信涉及到a g e n t 之间的物理形式，a g e n t 通信语言的理解和生成等。 2 22 多a g e n t 组织结构和模型 m a s 是由多个a g e n t 及其所处环境构成的。单个a g e n t 的模型和结构对 多a g e n t 系统的影响很大。多a g e n t 系统中的模型是指一个a g e n t 对其它 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a g e n t 的建模，即如何在一定的抽象层次上描述关于其它a g e n t 的知识。这 是多a g e n t 推理和协作的基础。将a g e n t 视为具有意图的智能系统，基于思 维状态的a g e n t 建模成为研究的主流。借鉴人类思维建立a g e n t 的b d i 模型， 进而向多a g e n t 扩展，分析社会承诺和联合意图等概念，研究多a g e n t 群体 的b d i 模型。 m a s 有三种组织结构：集中式、分布式、混合式。其中混合式又有两种 形式，如图2 _ 3 所示，其中代表管理服务机构，o 代表a g e n t 成员。管理 服务机构存在于集中式和混合式结构中，主要负责以下任务1 1 1 】：建立系统和 a g e n t 成员的模型、任务的分配和管理、共享资源的管理和监控、a g e n t 成员 之问的协调、系统宏观一致性以及冲突检测和消解、成员行为和系统安全性 监测及控制、自我学习和完善等。 图2 3 m a s 的组织结构 集中式结构( 如图2 3a ) 将系统分成多个组，每个组采取集中式管理， 即每组a g e n t 都有一个具有全局知识的控制a g e n t ，通过它来实现多a g e n t 合作的局部控制，如任务规划和分配等，而整个系统采用同样的方式对各成 员组进行管理。集中式能保持系统内部信息的一致性，实现系统的管理、控 1 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 t 制和调度较为容易。但缺点是随着各a g e n t 复杂性和动态性的增加，控制的 瓶颈问题也愈加突出：一旦控制局部或全局区域的管理a g e n t 崩溃，将导致 整个区域或系统崩溃。 分布式结构( 如图2 3b ) 中各a g e n t 或a g e n t 组无主次之分，处于平等 地位。各a g e n t 或a g e n t 组之间的任务的划分和分配、共享资源的分配和管 理、冲突的协调、行为的一致性等，都是在遵循可能的社会规则和合作机制 的基础上，由各a g e n t 通过彼此的相互作用和对所处环境的感知，运用其自 身的知识进行合理地判断和推理从而做出决策来实现。这种结构的优点是增 加了灵活性、稳定性，控制的瓶颈问题也能得到缓解，但由于每个a g e n t 组 或a g e n t 的运作受限于局部和不完整的信息( 如局部目标、局部规划) ，很难 实现全局一致的行为。 混合式结构( 如图2 3c 和d ) 一般是由集中式和分布式两类结构组成， 它包含一个或多个管理服务机构，此机构只对部分成员a g e n t 以某种方式进 行统一管理，参与解决a g e n t 之间的任务划分和分配、共享资源的分配和管 理、冲突的协调等。其它成员之间是平等的，它们的所有行为由自身做出决 策。此种结构平衡了集中式和分布式两种结构的优点和不足，适应分布式 m a s 复杂、开放的特性，因此是目前m a s 普遍采用的系统结构。 本文采用一种层次联盟结构，将在第4 章中论述。 2 2 3 多a g e n t 间的协调与协作 多a g e n t 协调是指具有不同目标的多个a g e n t 对其目标资源等进行合理 安排，以协调各自行为，最大程度的实现各自目标。多a g e n t 协作是指多个 a g e n t 通过协调各自行为，完成共同目标。 使用对策论研究多a g e n t 协调、协作是目前m a s 研究的一个热点。对策 论被公认为研究人类交互的最佳数学工具，将这一工具应用于多a g e n t 的交 互是很自然的。多a g e n t 的协调与协作有如下三个实现方法 1 2 】： 无通讯的协调( 协作) 。其方法与传统对策论相似。 有中心控制的通讯协调( 协作) ：类似于传统操作系统的方法。 协商：种类繁多，主要有基于n a s h 合作对策求解的二a g e n t 协商、 1 4 i ! jj 2 i 兰! ：；i ：i 壁1 2 ；一一。一 基于n a s h 非合作对策求解的多a g e n t 协商和基于r o b i n s t e i n 协商理 论的方法。 目前，比较普遍的协作模型是组织协作模型、基于合同网的市场协作模 型、多方规划协作模型和基于社会规则的协作模型。 组织协作模型是最简单和直接的协作模型，其基本体系是m a s t e r s l a v e 或者是c l i e n t s e r v e r 结构，模型中存在个或者多个m a s t e r 对资源和任务在 s l a v e s 中进行分配，另外m a s t e r 也负责收集参与协作的智能体的信息，建立 协作方案，指派任务，监督任务的执行，这样做可以保证任务处理的一致性， 通常这种模式都是利用一个共享空间来实现这种交互和协作，如黑板结构 ( b l a c k b o a r d ) ，组织模型中比较典型的是系统是w e r k m a n 的d f i 系统和 k e a r n e y 的s m a k 系统f l ”。该模型的缺点是不容易实现和维护，而且中心 m a s t e r 的信息通信量太大，系统健壮性差。 基于合同网的市场协作模型。从现实的市场结构中得到启发，每个a g e n t 可以承担两种功能，管理者和协作者，即首先a g e n t 被分配一个任务，它成 为协作者，如果它认为该任务利用本地资源和自身的能力不够完成，则它负 责将此任务分解并尽力寻找协作者完成这些子任务，此时它成为管理者，这 些子问题的解决基于合同网协议( c o n t r a c tn e tp r o t o c 0 1 ) ，即将现实生活中的 合同过程引入到分布式处理中，通过在a g e n t 间建立和执行特定目标和任务 的合同来保证任务的完成，从合同双方的关系来建立交互和协作方式，比较 典型的系统如r z l o t 1 5 1 采用的招标、投标、中标的任务分配等。该模型的缺 点是不能检测和解决有关的恶性冲突。 多方规划协作模型将多个a g e n t 之间的协作问题简化为一种规划问题， 即强调避免不一致和冲突情况的出现，为了形成协作规划，a g e n t 在行动前 应先决定其计划和行动方案。交互策略，一旦制定完毕后不允许改变，但在 制定过程中通过信息通信来消除方案中的冲突问题，这个要求参与协作的 a g e n t 共享和处理大量的信息，因此通信和计算工作量非常大，l e s s e r 采用 该模型制定了f a c 协议【1 6 j 。 基于社会规则的协作模型强调协作的规则性，即把不熟悉的事务处理方 式，通过知识的共享和智能体的学习，改变为其熟悉的处理方式。这种模式 要求更高的分析和推理能力，而这都依赖于a g e n t 的知识获取。a g e n t 的行 1s 哈尔滨工程大学硕士学位论文 为由预先存储的处理模式所决定，由该模式的例程和规则来完成任务的协作 处理，如果某个模式事先未存储，a g e n t 通过自学习，确认该模式为新模式 后，则将该模式存储起来。 2 ，2 4a g e n t 的应用领域 多a g e n t 系统应用首先出现于2 0 世纪8 0 年代中期并且迅速扩展到多个 领域，从机器制造过程控制到空中交通控制和信息管理。以下按应用领域分 类，并给出一些有代表的例子【5 1 。 1 工业应用 过程控制 由于过程控制本身就是自主的反应系统，因而，智能a g e n t 和多a g e n t 系统能够很自然的应用到该领域。最著名的例子是a r c h o n ( a r c h i t e c t u r ef o rc o o p e r a t i v eh e t e r o g e n e o u so n l i n es y s t e m ) 。 制造业 p a r t m a k 等人于1 9 8 7 年描述了应用合同网任务分配协议到制造业环 境的y a m s ( y e ta n o t h e rm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) ，y a m s 的目标是采 用多a g e n t 系统技术有效管理一个o r g a n i z a t i o n 中所有f a c t o r y 的生 产过程。 交通控制 o a s i s 是一个采用a g e n t 技术实现的空中交通控制系统，目前正在 澳大利亚悉尼机场进行试用。 2 信息管理与商务应用 信息管理 m a e s 等人1 9 9 4 年研究的电子邮件筛选a g e n tm a x i s m 和i n t e m e t 消 息筛选a g e n t n e w t ，m a x i s m 和n e w t 都具有学习功能。 电子商务 c h a v e z 和m a e s 于1 9 9 6 年描述了一个简单的电子市场k a s b a h ，该系 统为每一商品建立“b u y i n g ”a g e n t 和“s e l l i n g ”a g e n t ，分别负责“买 和“卖”，商务交易通过a g e n t 的交互实现。 1 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 商业过程管理 1 9 9 6 年j e n n i n g s 等人研制的a d e p t 通过将商业过程看成协商和提供 服务的一组a g e n t 集合来解决这一问题。 金融业务管理 1 9 9 6 年s y c a r a 研制了金融业务管理系统w a r r e n 。 远程通信管理 在电信领域有形式多样的多a g e n t 系统应用。包括网络控制、传送和 转换、服务管理和网络安全管理。 3 医学应用 患者监控 1 9 8 9 年h a y e s - - r o t h 等人研究了g u a r d i a n ，主要用于在外科看护中 心( s i c u ) 帮助管理患者治疗。 医疗保健 1 9 9 6 年h u a n g 等人研制了基于a g e n t 的分布医疗原型系统。 4 娱乐应用 a g e n t 在计算机游戏、交互戏院和电影以及相关的虚拟现实等方面的应用 都具有明显的效果。如1 9 9 6 年w a v i s h 等人将a g e n t 技术应用于计算机游戏， 开发了广受欢迎的t e t r i c 游戏，该系统采用了成为r t a ( r e a l t i m e a b l e ) 的 反应a g e n t 模型来实现。 2 3 本章小结 本章介绍了a g e n t 以及多a g e n t 系统( m a s ) ，主要是a g e n t 之间的通信、 多a g e n t 系统的组织结构模型以及多a g e n t 间的协调与协作，这些都是将 a g e n t 引入工作流技术的基础。 1 7 堕：鎏。：垄盔兰鎏圭兰垡鎏兰 第3 章工作流技术概述 3 1 工作流相关概念 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。他是针对日常工作中 具有固定程序的活动而提出的一个概念。目的是通过将一个具体的工作分解 成多个任务、角色，通过一定的规则和过程，约束这些任务的执行和监控， 达到提高企业生产经营管理水平。 在2 0 世纪8 0 年代中期发展起来的工作流技术为企业更好地实现经营目 标提供了先进的手段。9 0 年代随着计算机和网络技术的发展，该技术得到了 快速地发展。 1 9 9 3 年工作流管理联盟成立，制定了相关的系列标准，同时给出了工作 流的定义是：“工作流是一类能够完全或者部分自动执行的经营过程，它根据 一系列过程规则，使文档、信息或任务能够在不同的执行者之间进行传递与 执行”。当然，还有其他的一些定义，但基本上都说明“工作流是经营过程的 一个计算机实现，而工作流管理系统则是这一实现的软件环境”。 使用工作流来作为经营过程的实现技术，首先要求工作流系统能够反映 经营过程的如下几个方面的问题：经营过程是什么( 活动、任务) 、怎么做( 条 件、规则) 、由谁来做( 组织、角色、用户) 、做的怎样( 监控) 。w f m c 发 布的w f m cg l o s s a r y ( w f m c t c - 1 0 1 1 ) 中对工作流相关名词的定义如下： 工作流( w o r k f l o w ) ：业务流程的整体或部分自动化，在这其中，文 档、信息或任务根据一组业务规则在参与者之间传递并被处理。 工作流管理系统( w o r k f l o wm a n a g e m e n ts y s t e m ) ：利用软件定义工 作流、创建工作流和管理工作流执行的系统，运行在一个或多个工作 流引擎上，工作流引擎能够解释工作流的定义、和工作流参与者交互 并能在需要时触发i t 工具和应用系统。 业务流程( b u s i n e s sp r o c e s s ) ；一组相关的过程或活动，它们共同体 1 r 哈尔滨工程大学硕士学位论文 现了企业目标或策略目标，一般