移动Agent系统的联盟形成

2001年11月系统工程理论与实践第11期　文章编号:100026788(2001)1120025206移动A gen t系统的联盟形成董红斌1,程显毅2,张　珑1,赵　松1,孔翔燕1(1.哈尔滨师范大学计算机系,黑龙江哈尔滨150080;2.江苏理工大学计算机系,江苏镇江212013)摘要:　移动A gent系统是一种分布式计算模型,移动A gent联盟形成过程中需要考虑通讯和合作问题,本文给出了一种移动A gent系统的联盟形成模型,讨论了联盟分级结构和联盟形成机制,利用令牌传输技术,以保证联盟内部的合作、决策和组织完整Λ关键词:　移动A gent;联盟形成;分布计算网络中图分类号:　T P18 文献标识码:　A αCoaliti on Fo rm ati on in M ob ile A gen t SystemDON G Hong2b in1,CH EN G X ian2yi2,ZHAN G L ong1,ZHAO Song1,KON G X iang2yan1(1.D epartm en t of Compu ter Science,H arb in N o rm al U n iversity,H arb in150080,Ch ina;2.D epartm en t of Compu ter Science,J iangsu U n iversity of Science and T echno logy,Zhen jiang212013,Ch ina)Abstract:　M ob ile A gen t is a new distribu ted compu ting model.A p rocess of coaliti onfo rm ati on in M ob ile A gen t System is p resen ted.A hyb rid structu re and a coaliti onfo rm ati on m echan is m in M ob ile A gen t system are discu ssed.Keywords:　mob ile agen t;coaliti on fo rm ati on;distribu ted compu ter netw o rk1　引言移动A gen t是一段可执行的程序代码,它可以通过网络从一台机器移动到另一台机器运行,还可生成继承父A gen t性质的子A gen t[1,2]Λ移动A gen t包括移动性和通常的A gen t概念的两个方面,它指自包含和可标志的、能在网络中移动并按用户或其它实体的利益活动的计算机程序Λ移动A gen t优点是高带宽远程交互、非连接交互、支持弱的客户、容易分布、语义路由、可扩缩性、安全处理的低开销、强的远程交互功能Λ移动A gen t常同其它A gen t交互合作来完成问题求解Λ一个移动A gen t依赖于它的任务和当前网络条件选择不同的移动策略Λ合作是M A S的关键问题之一Λ形成联盟可使联盟成员共享资源、合作执行任务并提高A gen t的效益Λ本文介绍了移动A gen t系统中的联盟形成过程,在矛盾信息条件下排除不协调因素的机制,以及令牌传输技术Λ令牌是网络中决策能力的标志,联盟中哪一个A gen t得到了令牌它就拥有了决定联盟当前状态的权利Λ令牌服务指保证联盟内部一个A gen t到另一个A gen t决策能力的传输;决定通信路线;及进行合作规划工作执行的部件Λ联盟形成是一个动态过程,涉及联盟扩张和联盟收缩Λ如果在动态环境的知识获取过程中联盟扩张的共同目标不协调,则联盟需要移出一些成员进行联盟收缩Λ当联盟扩张过程完成,联盟就具备了完成共同目标所需要的资源和能力,联盟的成员就可以合作完成任务,保证联盟的最大利益Λα收稿日期:2000203228资助项目:黑龙江省自然科学基金(F00—04);黑龙江省教育厅科学技术研究项目(9551012)62系统工程理论与实践2001年11月2　分布环境在一个开放分布的移动A gen t系统中,A gen t需要与其它A gen t进行通讯,为完成任务的需要每个A gen t必须能确定其它A gen t的能力,使每个A gen t能够动态进入和离开系统分布到In ternet中Λ移动A gen t在分散网络服务器中寻找资源,而某些A gen t被禁止进入一些服务器,如果一个A gen t需要的资源在它禁止访问的服务器上,这个A gen t需要其它A gen t的帮助Λ如果几个服务A gen t需要相同的资源,就产生资源竞争,因此A gen t间需要协调、合作以完成任务Λ移动A gen t可从(向)一个服务器获取(释放)资源,从其它A gen t得到一个资源,向另一个A gen t传送资源,从一个服务器移动到另一个服务器,结束它的活动Λ网络分布环境:定义1　G=(V,E)表示由服务器等组成的网络,V是服务器的集合,EΑV×V是联接的集合,M ={1,2,…,m}是移动A gen t的集合,V iΑV是服务器的子集,R是服务器中随机分布资源的集合,Θ:R→V函数表示这种分布Ζ每个服务器v中有一个任务A gen t,它负责服务器的资源管理和移动A gen t的传输Λ这里假设任务A gen t是服务的,即如果可能尽量满足每个移动A gen t的需求ΛN表示所有A gen t的集合,每个移动A gen t i有一个初始目标,G iΑR,以最小的代价得到G i,结束活动切换到"off"状态,任务A gen t 总处于"on"状态ΛA gen t具有如下行动类型. ・移动:移动A gen t i可以从一个服务器v移动到另一个服务器v′,v,v′∈V,即服务器可以为移动A gen t提供服务Λ移动A gen t i、任务A gen t v′和任务A gen t v的行动是一个联合行动Λ・传送和接收:A gen t i将资源r传送给另一个A gen t j,A gen t i和A gen t j的行动是一个联合行动,它们处于相遇状态Λ・相遇:一组A gen t N′ΑN在同一服务器中提供服务,一组A gen t N′的行动称为联合行动Λ・终止:一个移动A gen t可以切换到"off"状态(终止状态)Λ在一个服务器中A gen t间是可以传输资源的,A gen t间可以利用一切机会进行信息交换,A gen t间信息交互保证系统中信息的广泛传播,A gen t间的合作可以利用联盟形成的方法进行,可利用博弈论的方法计算最佳联盟,要求每个A gen t必须知道和考虑其它A gen t的各种信息Λ3　组织结构与合作层次3.1　混合式结构移动A gen t系统是一个复杂、开放的多A gen t系统,在系统的组织结构中既包含了静态因素又包含了动态的、不确定因素Λ组织构造过程中主要考虑四个因素:A gen t、环境、交互和组织[3],本文提出了系统组织采用自顶向下和自底向上混合式结构Λ定义2　每个服务器中有四种类型A gen t:用户A gen t(UA)、任务A gen t(TA)、监督A gen t(SA)和移动A gen t(M A).其中:・UA——用户A gen t:与用户交互接受任务说明和传输数据,掌握用户的需求,具有用户的知识,将用户需求及时传递给任务A gen tΛ每个服务器中有一个用户A gen tΛ・TA——任务A gen t:负责制定规划并予以实施,它是移动A gen t系统的中心Λ任务A gen t有任务领域的知识和其它A gen t的知识,以及与执行任务相关的移动A gen t的知识Λ同时,任务A gen t还具有冲突消解的策略,启动移动A gen t进行信息搜索、分解规划、与其它任务A gen t合作、监视和结果综合的能力Λ此外,它负责服务器的资源管理和移动A gen t的传输Λ每个服务器中有一个任务A gen tΛ・SA——监督A gen t:负责监督移动A gen t和管理令牌传输,具有关于移动A gen t能力的知识和网络中资源分布的知识Λ每个服务器中有一个监督A gen tΛ・M A——移动A gen t:能够对信息资源进行访问,它们具有信息源的知识和资源选择的策略,能够进行信息访问、冲突消解和信息融合,完成信息搜集的任务Λ每个服务器中有多个移动A gen tΛ按照系统组织结构的观点考虑,组织结构的设计方法一般分为两类:自顶向下和自底向上的方法[3]自顶向下方法中,组织是由设计者或A gen t预先定义的结构,以便于由组织约束A gen t的行为规范Λ自底向上方法中,组织是A gen t在与环境和其它A gen t交互过程中自然形成的一种组织结果Λ定义3　移动A gen t系统是采用自顶向下和自底向上两种方法设计的混合式结构Λ・自顶向下结构是在服务器内部为完成任务由用户A gen t、任务A gen t、监督A gen t和移动A gen t组成的组织结构,它是系统预先定义的结构,是一种静态结构Λ用户A gen t接受用户的需求并将需求信息传递给任务A gen t,任务A gen t根据用户需求作出规划,并将任务划分结果分配给移动A gen t进行实施Λ・自底向上结构有两种不同形成机制:1)移动A gen t在信息搜索中不能单独完成任务,需要同监督A gen t和其它移动A gen t的共同合作完成任务所形成的组织结构;2)当一个服务器中用户接受的任务较大时,仅靠本服务器中A gen t难以完成任务,需要两个或多个服务器中A gen t的合作所形成的组织结构Λ自底向上结构是一种动态结构Λ・混合式结构由以上自顶向下和自底向上两种结构形成了移动A gen t系统的混合式结构,这种混合式方法适合移动A gen t系统研究领域的特点,保证了联盟在不同层次上协调合作Λ3.2　合作层次各种不同类型的任务不能由一个A gen t单独完成,必须由多个A gen t形成联盟合作完成任务ΛA gen t 间在下列情况下需要合作:一个A gen t自己不能完成一个特殊的任务;一个A gen t可以完成一个特殊的任务,但其它A gen t执行这个任务更有效(即需要较少的资源或完成得更快);一个A gen t可以完成一个特殊的任务,但通过合作可以提高效益(或减少损失)Λ组织结构特点决定了A gen t合作的不同层次,A gen t可在三个层次上合作Λ1)用户A gen t、任务A gen t、监督A gen t和移动A gen t间的合作;2)当一个服务器中用户接受的任务较大时,仅靠本服务器中A gen t难以完成任务,任务A gen t与系统中其它一个或多个服务器中的任务A gen t的协商发起合作;3)移动A gen t间的合作Λ定义4　在一个(或多个)服务器v i间A gen t合作是由一个(或多个)A gen t发起的联合行动,表示为四元组:(Compo site2A ctivity,Sub2A ctivity2Set,Jo in t2In ten ti on,N′),其中:Compo site2A ctivity表示一个(或多个)服务器中需要通过多个A gen t合作才能完成的复合行动,如传送和接收行动ΛSub2A ctivity2Set表示一个(或多个)服务器中为完成该复合活动而需执行的子活动集合,如移动和信息搜集ΛJo in t2In ten ti on表示一个(或多个)服务器中通过A gen t的联合行动来执行该复合活动的意向,核心是由一个(或多个)A gen t制定一个任务规划ΛN′表示由四种不同类型A gen t组成的集合,根据成员不同合作分为三种情况Λ1)当N′=UA vi ∪TA vi∪SA vi∪M A vi-Set时,合作是在一个服务器中由TA vi发起的联合行动Λ其中,UA vi 表示向任务A gen t说明用户需求的用户A gen t;TA vi表示负责制定规划、发起联合行动的任务A gen t;SA vi 表示由直接调度,负责监督移动A gen t和管理令牌传输的监督A gen t;M A vi-Set表示通过平等合作承担信息搜集的移动A gen t的集合Λ2)当N′=UA-Set∪TA-Set∪SA-Set∪M A-Set时,合作是由两个(或多个)任务A gen t 通过协商发起的联合行动Λ其中,UA-Set表示两个(或多个)服务器中用户A gen t的集合;TA-Set表示两个(或多个)服务器中协商制定规划、发起联合行动的任务A gen t集合;SA-Set表示两个(或多个)服务器中负责监督移动A gen t和管理令牌传输的监督A gen t的集合;M A-Set表示两个(或多个)服务器中通过平等合作承担信息搜集的移动A gen t的集合Λ3)当N′=M A vi -Set时,合作是由当前拥有令牌的移动A gen t发起的联合行动Λ72第11期移动A gen t系统的联盟形成M A v i -Set 表示通过合作完成信息搜集的移动A gen t 的集合(包括拥有令牌的移动A gen t )Λ4　联盟形成联盟形式化定义如下Λ定义5　联盟是一个6元组C =(T ,J A ,R es ,pass ,mode ,token )满足下面条件:・T Αm 是联盟成员的集合,至少包含两个元素,成员的目标是协调的,即对任意i ,j ∈T 且i ≠j ,则G i ∩G j = ;・J G =∪i ∈TG i 是联盟的联合目标;・R es ΑR 是联盟成员拥有资源的集合;・pass :df[1,…,p ]→T ,令牌循环通道,是A gen t 名称的序列,P Ε T ;・mode ∈{扩张,收缩,终止}表示当前联盟的模型;・token ∈T 指向循环通道位置的指针,用以区分A gen t 的位置,表示在某时刻哪个A gen t 拥有令牌Λ循环通道表示令牌经过的路径,所以,对任意k ∈[1,…,p ],A gen t i =pass (k )传送令牌到达A gen t j =pass (k +1(mod p )).模型的直观意义如下.扩张:联盟设法扩张得到新的成员Λ收缩:联盟移出某些成员Λ终止:联盟实现了所有成员的目标Λ如果一个联盟能够实现它的联合目标,则联盟完成Λ联盟的成员拥有了实现其所有目标的资源和能力.能力意味着进入某些服务器的可能性Λ如果一个联盟C 实现其目标的资源和能力被另一个联盟C ′拥有,则联盟C 的联合目标J G 是不可能实现的Ζ联合不能实现,是因为联盟C ′的联合目标J G ′同J G 是不协调的,即J G ∩J G ′≠ ,或T 和T ′的目标是不协调的Ζ当前拥有令牌的A gen t 称为联盟的代表,它具有联盟的所有信息Λ这个A gen t 有联盟的全部决策能力——包括联盟的模型的变化和决策是否与其它联盟联合Λ这个决策满足下列约束:・根据当前联盟代表掌握知识的情况切换到扩展模型,并且由于联盟不具有所有资源和需要的能力,所以需要扩展联盟的成员Λ・在联盟C 的扩展模型中,如果联盟C ′和联盟C 的目标是一致的,且两个联盟的代表都同意联合,则联盟C 与联盟C ′联合是可实现的Ζ・根据联盟代表当前所具有的知识,当联盟不能实现它的联合目标J G ,联盟切换到收缩模型是必然的Ζ・当联盟拥有了实现它的联合目标的所有需要的资源和能力,则联盟切换到终止状态Λ联盟成员的义务在同一时间内不允许一个A gen t 加入两个联盟中,任何联盟成员有义务遵守联盟的规则Λ在特殊情况下,不允许联盟成员放弃它拥有的资源,除非联盟处于终止状态Λ每个A gen t 有义务接近得到令牌的A gen t Λ4.1　联盟的构造联盟的形成在扩展模型中有两个联盟C 1和C 2,C 1的代表是A gen t i ,C 2的代表是A gen t j ,协商将两个联盟联合成一个联盟,形成的新联盟C =(T ,J G ,R es ,pass ,mode ,token )定义如下:・T =df T 1∪T 2,J G =df J G 1∪J G 2,R es =dfR es 1∪R es 2.・mode 为扩展模式.82系统工程理论与实践2001年11月・如果C 1的循环通道pass 1=(k 1,k 2,…,i ,…,k p 1),C 2的循环通道pass 2=(l 1,l 2,…,l n -1,j ,l n +1,…,l p 2),则C 的循环通道定义为pass =df (k 1,k 2,…,i ,j ,l n +1,…,l p 2,l 1,l 2,…,l n -1,j ,i ,…,k p 1),token =dfi . 联盟形成的其它形式・当上述C 1和C 2只表示一个A gen t 时,就是两个A gen t 联合为一个联盟Ζ・当上述C 2代表一个A gen t j 时,就是将A gen t j 加入到联盟C 1中Ζ・多个联盟的联合可看作两个联盟联合的扩展Ζ联盟收缩当一个联盟C 处于收缩模式,联盟C 的代表C 2rep resen tative =k ,k 出现在循环通道中,即p ass =(l 1,l 2,…,l n -1,k ,l n +1,…,l p ),l 1≠k .通过将A gen t k 从联盟C 中移出,联盟C 收缩为C ′.新循环通道p ass ′=df (l 1,l 2,…,l n -1,l n +2,…,l p ),C ′2rep resentative =df l n -1,这里l n -1=l n +1,A gen t k 成为自由A gen t Ζ终止模式当一个联盟完成工作后,它就变成了终止模式Λ联盟中的每个成员将不需要的资源放弃,A gen t i 自由地离开联盟并进入"off "状态,如果它具有需要的资源,不需要加入新的联盟进行合作,放弃所有的资源,它的名字在循环通道中仅出现一次Λ4.2　循环通道的性质循环通道服务的性质:1)保证联盟内部A gen t 决策能力的传输;2)保证联盟内部通信协调和组织完整;3)保证合作工作的实施和完成Λ这三个性质决定了联盟的组织框架Λ循环通道构造如下:引理1　设C =(T ,J G ,R es ,pass ,mode ,token )表示一个联盟,具有下列性质:・任何联盟成员至少在循环通道中出现一次,即对任意t ∈T 至少存在一个k 满足1Φk Φp 且pass (k )=t .・对任意k Φp ,存在一个服务器,有两个A gen t i =pass (k )和j =pass (k +1(mod p ))在其中相遇Λ・在循环通道中,没有任何一段通道出现两次,即对任意k ,k ′,l ,l ′且1Φk Φl Φp 和1Φk ′Φl ′Φp ,如果(pass (k ),pass (k +1),…,pass (l ))=(pass (k ′),pass (k ′+1),…,pass (l ′)),则k =k ′且l =l ′.・如果在循环通道中A gen t i 将令牌传给A gen t j ,则A gen t i 也必须接受从同一个A gen t j 传来的令牌;即如果(i ,j ,k 1,…,k n ,i )是循环通道的一段且i ≠k l ,对于l =1,2,….,n ,则有k n =j .5　结束语移动A gen t 联盟形成过程中需要考虑通讯和合作问题Λ本文给出了一种移动A gen t 的系统联盟形成模型,利用了令牌传输技术,令牌服务的循环信道作为通信路径,保证联盟内部的协调、决策、组织完整Λ进一步的工作是需要根据A gen t 承诺、协商和联合意图等内容构造出实用、有效的联盟形成算法.参考文献:[1]　V u A nh pham ,A hm ed Karmouch .M ob ile softw are A gen ts :an overview [J ].IEEE Comm un icati on sM agazine ,1998,(7):26-37.[2]　D avid W ong ,N oem i Paci o rek ,D ana M oo re .Java 2based mob ile agen ts [J ].Comm of the A C M ,1999,42(3):92-102.92第11期移动A gen t 系统的联盟形成03系统工程理论与实践2001年11月[3]　M ahdi H announ,Jai m e Si m ao Sichm an,O livier Bo issier,and C laudette.D ependence relati on sbetw een ro les in a m u lti2agen t system:tow ards the detecti on of incon sistencies in o rgan izati on[A].LNA I1435C I A′98[C].Berlin:Sp ringer2V erlag,1998.169-182.[4]　O nn Sheho ry,Sarit K rau s,M ethods fo r task allocati on via agen t coaliti on fo rm ati on[J].A rtificialIn telligence,1998,101(1):165-200.[5]　Peter Stone,M anuela V elo so.T ask decompo siti on,dynam ic ro le assignm en t,and low2bandw idthcomm 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