面向網(wǎng)格服務(wù)的Multi-agent協(xié)商研究.pdf

1、網(wǎng)格計(jì)算作為一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上的大規(guī)模、動(dòng)態(tài),異構(gòu)的分布式計(jì)算的新一代基礎(chǔ)設(shè)施而出現(xiàn),將分布在不同地理位置的計(jì)算資源通過國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)和網(wǎng)格軟件組成新的計(jì)算環(huán)境.網(wǎng)格目的就是讓網(wǎng)格用戶能夠透明、容易地訪問和共享網(wǎng)格資源.網(wǎng)格要給用戶提供安全、高效、高質(zhì)量的服務(wù),必須具備分布共享性、自相似性、動(dòng)態(tài)多樣性、自治性及協(xié)商性等特點(diǎn).目前在許多網(wǎng)格研究項(xiàng)目中,無論是應(yīng)用級(jí)服務(wù)(即Web服務(wù))還是支持Web服務(wù)管理、共享和協(xié)作的網(wǎng)格基礎(chǔ)級(jí)服務(wù),提供服務(wù)

2、的載體都不是自治計(jì)算系統(tǒng),且粒度小,抽象程度低,使得在網(wǎng)格環(huán)境下動(dòng)態(tài)形成的多體制虛擬組織(VO)的建立、高性能網(wǎng)格應(yīng)用系統(tǒng)的管理、資源分配、應(yīng)用開發(fā)、模型使用等仍然是空前復(fù)雜的任務(wù),接近或超出人類處理能力的極限.網(wǎng)格中間件如Globus實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格的核心特征如安全、信息服務(wù)和數(shù)據(jù)管理等,然而資源管理和調(diào)度至今仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的復(fù)雜問題.Multi-agent系統(tǒng)具有自治性、集成性、異構(gòu)性、健壯性、可擴(kuò)展性、協(xié)作性和靈活性等能力.研究者

3、認(rèn)為基于智能的自治Multi-agent的計(jì)算能很好地適合于動(dòng)態(tài)改變的環(huán)境,可以為網(wǎng)格環(huán)境解決資源管理和調(diào)度問題提供有效的方法.網(wǎng)格環(huán)境中資源管理和應(yīng)用調(diào)度是非常復(fù)雜的任務(wù).我們?cè)诒疚闹袑⑦@些問題表示為多個(gè)參與者從服務(wù)器方購買服務(wù)或資源的Multi-agent協(xié)商問題,用戶能夠根據(jù)需求、價(jià)格、優(yōu)先權(quán)、可用預(yù)算等進(jìn)行協(xié)商得到一個(gè)滿意的服務(wù)或資源.利用具有一定自主推理、自主決策能力的Agent以及由其組成的Multi-agent系統(tǒng)(MAS

4、)來模擬、優(yōu)化、實(shí)施、控制網(wǎng)格資源的分配和管理為網(wǎng)格研究提供了一種有效的新方法. 在開放的網(wǎng)格環(huán)境MAS系統(tǒng)中,一方面獨(dú)立開發(fā)的Agent會(huì)隨時(shí)動(dòng)態(tài)地加入或離開系統(tǒng). 另一方面Agent內(nèi)部的知識(shí)、能力和策略也將在問題求解過程中動(dòng)態(tài)變化.Agent可以通過協(xié)商共享資源、能力,也可以通過協(xié)商分解、分配和協(xié)作求解任務(wù).如何實(shí)現(xiàn)Agent的協(xié)商決策模型、Agent協(xié)商算法和Agent之間及Agent與用戶之間的交互問題是自治A

5、gent協(xié)商系統(tǒng)取得成功的關(guān)鍵.在基于MAS的網(wǎng)格系統(tǒng)中資源分配和調(diào)度活動(dòng)都是通過協(xié)商完成的,因此如何保證Agent之間能夠有效、有序地進(jìn)行協(xié)商的協(xié)商機(jī)制是網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的重點(diǎn).目前對(duì)協(xié)商的研究還只是單純地研究協(xié)商協(xié)議或者只重視研究協(xié)商策略,缺乏對(duì)網(wǎng)格環(huán)境下協(xié)商模型的研究.因此如何實(shí)現(xiàn)面向網(wǎng)格服務(wù)的自動(dòng)協(xié)商系統(tǒng)是一個(gè)值得深入研究的課題,本文開展了這方面的研究.論文的主要研究工作和創(chuàng)新性包含以下幾個(gè)方面: 1.網(wǎng)格環(huán)境中利用Mult

6、i-agent聯(lián)盟求解策略可以提高網(wǎng)格任務(wù)求解效率,但已有策略不能保證達(dá)到全局優(yōu)化解和聯(lián)盟穩(wěn)定性.本文討論了聯(lián)盟形成機(jī)制的特性,針對(duì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)格環(huán)境提出了一種聯(lián)盟形成的行為規(guī)范策略.提出了將聯(lián)合意圖理論用作分析會(huì)話協(xié)議的形式化工具的方法,將聯(lián)合意圖理論語義框架用來形式化地設(shè)計(jì)Multi-agent會(huì)話協(xié)議和分析Multi-agent聯(lián)盟協(xié)商協(xié)議.這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以為Agent交互提供協(xié)議族,從而可以根據(jù)需要選擇協(xié)商協(xié)議來制定策略或改變協(xié)商

7、策略,并且可以組合形成一個(gè)完整的會(huì)話和協(xié)議控制策略,因此聯(lián)合意圖理論語義為我們分析協(xié)議的正確性和合理性提供了有價(jià)值的工具.2.網(wǎng)格環(huán)境中 Multi-agent 協(xié)作是一個(gè)復(fù)雜的過程.本文通過對(duì) UML 消息的擴(kuò)展和對(duì)語義的擴(kuò)展,構(gòu)建基于合同網(wǎng)的 Multi-agent 協(xié)作機(jī)制,利用AUML實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)格虛擬環(huán)境服務(wù)協(xié)商的 Multi-agent 協(xié)作建模.由于 UML 是一種統(tǒng)一建模語言,是面向?qū)ο蠼Ｊ聦?shí)上的標(biāo)準(zhǔn).本文提出的 Mult

8、i-agent 協(xié)作建模方法具有形象化,易于理解等優(yōu)點(diǎn). 但是,鑒于網(wǎng)格環(huán)境虛擬 Agent 組織協(xié)作的復(fù)雜性,用 AUML 來表達(dá) Multi-agent 協(xié)作仍然存在不足.為了詳盡地表達(dá) Multi-agent 協(xié)作過程,本文結(jié)合聯(lián)合意圖理論通信語義,通過研究 Agent 協(xié)作的交互行為,給出了一個(gè)通用的基于通信的 Agent 協(xié)作模型,并且用有效的形式化方法對(duì) Agent 協(xié)作過程中的自動(dòng)協(xié)商協(xié)議進(jìn)行了描述,對(duì)協(xié)議的邏輯

9、正確性進(jìn)行了驗(yàn)證.3.針對(duì)基于 Multi-agent 的網(wǎng)格環(huán)境中自治 Agent 協(xié)商的特點(diǎn),提出了基于獎(jiǎng)懲和協(xié)商議題優(yōu)先級(jí)的 Multi-agent 多議題多階段協(xié)商通用模型--MIPRP,并給出了形式化定義和協(xié)商算法.并在給定模型的基礎(chǔ)上給出了一系列協(xié)商戰(zhàn)術(shù)和協(xié)商策略.使用這些戰(zhàn)術(shù)與策略可以幫助 Agent 生成建議和反向建議,對(duì)收到的建議做出評(píng)價(jià),以作為生成反向建議或終止協(xié)商的依據(jù).與 Jennings 的協(xié)商模型相比較,MI

10、PRP支持多回合協(xié)商. 在MIPRP中根據(jù)獎(jiǎng)懲規(guī)則激勵(lì)A(yù)gent積極完成任務(wù),充分體現(xiàn)了Agent的自治性. 對(duì)協(xié)商過程中的協(xié)商議題設(shè)置優(yōu)先級(jí)別,有利于保證一些重要的協(xié)商議題盡早進(jìn)行. 為了完成Agent之間的多次交互,對(duì)經(jīng)典合同網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)充,提出了一個(gè)支持多次通信的通用協(xié)商協(xié)議GP.4.提出了網(wǎng)格環(huán)境中一個(gè)基于 Multi-agent 框架和基于SLA服務(wù)級(jí)協(xié)商協(xié)議的有效資源管理和任務(wù)調(diào)度模型MASIA.

11、提出了用Multi-agent系統(tǒng)來解決網(wǎng)格的資源管理和調(diào)度問題,為網(wǎng)格資源管理和調(diào)度制定合適的協(xié)商模型、協(xié)議和策略,為解決網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中的資源管理和調(diào)度的挑戰(zhàn)性問題提供了一種新的方法.與傳統(tǒng)的使用需要完全信息的集中式策略,普通的基礎(chǔ)架構(gòu)的資源管理和調(diào)度方法不同,MASIA模型是基于MAS框架,多議題協(xié)商策略和SLA服務(wù)級(jí)協(xié)商協(xié)議的分布式資源管理和調(diào)度機(jī)制,使網(wǎng)格任務(wù)能在最好的結(jié)點(diǎn)上執(zhí)行.MASLA模型具有健壯的協(xié)商和移動(dòng)處理能力,能提

12、高網(wǎng)格負(fù)載平衡、任務(wù)執(zhí)行效率和資源利用率,增強(qiáng)了網(wǎng)格的可擴(kuò)展性和適應(yīng)性.并給出了單議題和時(shí)間受限的多議題協(xié)商模型和策略. 5.實(shí)現(xiàn)了基于 OGSA-DAI 數(shù)據(jù)訪問與集成中間件的三層系統(tǒng)框架的數(shù)字化醫(yī)學(xué)圖像處理網(wǎng)格系統(tǒng) MIP-Grid.MIP-Grid 中網(wǎng)格結(jié)點(diǎn)可以隨時(shí)加入和離開,網(wǎng)格服務(wù)可以隨時(shí)創(chuàng)建和銷毀.在這種網(wǎng)格環(huán)境中資源管理、服務(wù)分配和調(diào)度、計(jì)費(fèi)、異構(gòu)數(shù)據(jù)的訪問和集成都是非常復(fù)雜的問題.本文提出了利用 Agent

13、以及由其組成的 Multi-agent系統(tǒng)(MAS)來模擬、優(yōu)化、實(shí)施、控制網(wǎng)格資源的分配和管理,為網(wǎng)格研究提供了一種有效的新方法.目前對(duì)協(xié)商的研究還只是單純地研究協(xié)商協(xié)議或者只重視研究協(xié)商策略,缺乏對(duì)網(wǎng)格環(huán)境下協(xié)商模型的研究.本文分析了網(wǎng)格環(huán)境下的協(xié)商要素、協(xié)商特點(diǎn),并在此基礎(chǔ)上為上海網(wǎng)格應(yīng)用項(xiàng)目 MIP-Grid 環(huán)境提出了一個(gè)面向網(wǎng)格服務(wù)的MAS協(xié)商模型 Grid-MANCF.將面向服務(wù)的 Multi-agent 協(xié)商模型引入到網(wǎng)