Agentenorientierte Techniken ein Überblick Allgemeines zu

Agentenorientierte Techniken
ein Überblick
Allgemeines zu Agenten
Allgemeines zu Agenten
# 2 - 10
Animation
Interaktivität
# 11 - 23
Agentenbegriff
Architekturen & Plattformen
# 24 - 30
Eigenschaften von Agenten
Agentenprogrammierung
# 31 - 39
Klassifikation von Agenten
mobile Agenten
# 40 - 45
Standards
# 46 - 49
Szenario:
mobiler digitaler Assistent
DB
Warum
Agententechnologien?
• Agenten als Metapher: Stellvertreter
DB
DB
DB
Elektronischer Marktplatz
1
• Softwaresysteme sind zunehmend komplex, verteilt
und heterogen; Wiederverwendbarkeit ist ein
wichtiges Thema
2
4
2
4
2
Netz
4
2
4
2
4
2
4
2
34
3
4
33
3
Marktplatzinfrastruktur
1
mobiler Agent
• Systeme, bestehend aus kommunizierenden, selbst
koordinierenden Komponenten versprechen Offenheit
und bessere Skalierbarkeit
Content-Provider-Agent
1. Geschäftsverkehr
2.
3.
4.
Rückkehr
Instruierung
Migration und
zum
des
Ergebnispräsentation
Marktplatz
Einkaufsagenten
zwischen Agenten
Kommunikation
Szenario elektronischer Marktplatz
3
4
Software-Agenten:
Notwendige Eigenschaften
Software-Agenten: weitere,
optionale Eigenschaften
• Autonomie
• Reaktivität
•
weitgehend selbständig agieren
•
Entscheidungskompetenz: Aktionen planen, bewerten,
auswählen
•
• zielgerichtetes Verhalten
•
Peer-to-Peer,
sprechaktbasierte
Interaktionsprotokolle
• Intelligenz
•
Zumeist wahllos verwendeter Begriff
• Mobilität
mentale Attribute explizit darstellen und nutzen
•
Offlinefähigkeit, Informationsverarbeitung vor Ort
• Rationalität
• Interaktivität
•
auf Ereignisse der Umgebung schnell reagieren
Kommunikation,
5
•
Nutzen optimieren
6
1
Etablierte Techniken zur
Agentenprogrammierung
Klassifikation von Agenten
Agententyp
Einsatzgebiete
Eigenschaften
kognitiv
Probleme lösen, Psychologie
kognitive Fähigkeiten
PDAs, Interfaceagenten
Sekretariatsdienste,
Informationsdienste
Adaptivität,
Benutzerschnittstelle
mobil
keine spezifischen Aufgaben
flexibel, klein
kooperativ
CSCW, Workflow Management, verteiltes Problemlösen
Kommunikation und
Kooperation
konkurrierend electronic commerce, offene
Systeme
Prozeßsteuerung, Robotik
Realzeitfähigkeit
artificial life
Simulation
emergent behaviour
Rationalität
•
Interaktivität
•
Intentionalität
•
Intelligenz
•
Reaktivität
- Spieltheorie, Marktmechanismen (Auktionen)
- Sprechakttheorie, Kooperationsprotokolle
- modale, dynamische, nichtmonotone Logiken
- Lernen, Planen, Räsonnieren
Rationalität, Kommunikation
reaktiv
•
- Regelsysteme
7
Einflussgebiete der agentenorientierten Techniken
8
Dynamik in
Agentensystemen
• Suche nach Kooperationspartnern
Organisationstheorie
Verteiltheit
Verteilte
Systeme
• flexibles Antwortverhalten
Rollen
• Ausschreibung / Delegation von Aufgaben
Linguistik
Sprechakttheorie
Agentenorientierte
Techniken
• Verhandlungen und Auktionen
Autonomie
• Agenten verlassen und / oder betreten das System
Modularität
Intelligenz
Objekt-Orientierte
Techniken
Entscheidungstheorie
Wissensbasierte
Verfahren
9
10
Sprechakttheorie
Interaktivität
Stammt aus der Linguistik (Austin 62, Searle 69)
Kommunikation ist eine Form des Handelns
Sprechakte
Ebenen der Kommunikation
- „kinds of actions in utterances“
Ontologien
Interaktionsprotokolle
•
Artikulation
•
Wirkung durch Äußerung
lokutionär
illokutionär
•
erzielter Effekt
perlokutionär
In Agenten hat nur die illokutionäre Ebene Bedeutung!
12
2
Sprechakt: Beispiel 1
Sprechakte in Agenten
„kannst du mal bei der nächsten Raststätte rausfahren“?
Ursprung: DARPA - Knowledge Sharing Initiative (1993)
•
•
Nachrichtentyp
•
Aussage
Informationsaustausch zwischen heterogenen
Wissensbasen
- Request
Zweck: Trennung von Übermittlung, Form und Inhalt
- über zukünftige Handlung
•
•
Vorbedingungen
- Knowledge Query and Manipulation Language (KQML)
- Knowledge Interchange Format (KIF)
- Angesprochener ist zu Aktion fähig
- Angesprochener führt Aktion nur nach Anfrage aus
- Sprecher wünscht Aktion („Aufrichtigkeit“)
•
Knowledge Sharing Initiative
•
Foundation of Intelligent Physical Agents (FIPA) ´98
- Agent Communication Language (ACL)
„Essenz“
- Semantic Language (SL)
- Überredung zur Ausführung
13
Sprechakt: Beispiel 2
14
Ontologien
Nachrichtentyp
(inform
:sender
agent1
:receiver hpl-auction-server
:content (price (bid good02) 150)
:in-reply-to
round-4
:reply-with
bid04
Inhalt
:language sl
:ontology hpl-auction
)
Ontologien definieren die Dinge der Welt und ihre
Beziehungen
ZIEL: Interoperabilität erreichen
Æ Agenten beziehen sich auf gemeinsame Ontologie
• Vokabular
•
Dinge: relevante Begriffe einer Domäne, Wertebereiche
• Konzeptualisierung
•
Beziehungen: Kategorien, Constraints, Funktionen
• Axiomatisierung
•
Schlußfolgerungen ziehen
15
16
Sprechakte in Agenten:
Annahmen über Transport
Ontologie: Beispiel
(agent-identifier
• Nachrichtenreihenfolge wird eingehalten
:name bill.clinton
• zuverlässige Nachrichtenübermittlung
:addresses (sequence http://www.whitehouse.gov, …)
• Verzögerungen beim Transport sind egal
:resolvers (sequence (agent-identifier :name
hillary.clinton …)
• synchrone und asynchrone Verarbeitung
)
==> Aufgaben des Transports werden einer anderen
Kommunikationsschicht übertragen
- Blau sind Namen der Ontologie
- Orange sind Werte
- Schwarze Elemente sind Bestandteil der SL-Syntax
17
18
3
Sprechakte in Agenten:
Annahmen über Semantik
Sprechakte:
Zusammenfassung
(1)
Vorbedingungen über den mentalen Zustand
des Senders
• Agenten kommunizieren peer-to-peer
(2)
Erwartete Konsequenzen beim mentalen Zustand
des Empfängers
• illokutionäre Nachrichtentypen
• Informationsübermittlung
• Nachrichteninhalte basieren auf Ontologien
keine Garantie in bezug auf (2)
z.B.
<i, INFORM ( x, φ )>
Vorbedingung:
Biφ ∧ ¬ Bi( Bifxφ ∨ Uifxφ)
x kennt weder φ noch not(φ) noch unbekannt(φ) noch not(unbekannt(φ))
Bxφ
Nachbedingung:
• einfache Frage-Antwort-Muster möglich
aber keine komplexeren Interaktionen ...
19
20
Interaktionsprotokolle
Kooperatives Problemlösen
• zielgerichtete Interaktionen
• Problemzerlegung
cfp
action
preconditions1
• zwischen mehreren
Rollen
•
propose
preconditions2
• verknüpfen
Kommunikation
und Handlung
not-understood
funktional, räumlich, zeitlich, ...
• Teilproblemverteilung
refuse
reason
•
Deadline for proposals
Allokation auf Agenten
• Teilproblemlösung
• typischerweise
asynchron
reject-proposal
reason
• Beispiele:
• Auktion,
Aufgabendelegation
failure
reason
accept-proposal
proposal
•
inform
Done(action)
Synchronisation, Konfliktbehandlung
• Ergebnissynthese
cancel
reason
the manager cancels the
contract due to a change
of situation
21
Interaktionsprotokoll:
FIPA-Contract-Net
Architekturen und
Plattformen
cfp
action
preconditions1
not-understood
refuse
reason
22
Agentenplattform
propose
preconditions2
Agentenarchitektur
Deadline for proposals
reject-proposal
reason
accept-proposal
proposal
failure
reason
inform
Done(action)
cancel
reason
the manager cancels the
contract due to a change
of situation
23
4
Anatomie eines
agentenbasierten Systems
Yellow Pages
White Pages
Agent als
Informationsverarbeiter
Agent
Nachricht
Platz
Nachricht
Reasoning
Aktion
Kommunikations-Middleware, Management, Security
Agentenplattform
25
26
Informationsverarbeitung im
Agenten
Aufgaben einer
Agentenarchitektur
Agent verfolgt Ziele
• Wissensspeicherung
•
Nachricht
Objekte, Regeln, Ziele, Präferenzen, Pläne
• Wissensverarbeitung
Nachricht
•
vom Wissen über Ziele hin zu Handlungen
• Kommunikation
Aktion
•
sichere Übermittlung, Parsierung von Sprechakten
• Unterstützung des Programmierens
Agenda Wissensbasis Ziele Handlungen
Andere Verarbeitungsmodelle existieren
•
Programmierschnittstelle
•
Wiederverwendbarkeit
27
Strukturen von
Architekturen
Desires
social
Information
Interpreter
Intentions
Intelligenz in Architekturen
knowledge
Plans
Komponentenarchitektur
(BDI)
symbol
• Meta-Level-Reasoning
Kontrolle
Beliefs
28
•
Adaptivität: mögliche Aktionen finden und bewerten
• Lernen
•
physical
typischerweise unassistiertes Lernen durch Feedback
• Planung
Schichtenarchitektur
•
meist: Pläne instantiieren, ausführen und überwachen
• emergente Intelligenz
•
durch Interaktionen
subsymbolische Architektur
29
30
5
Grundsätzliches zur
Agentenprogrammierung
Agentenprogrammierung
Programmieren mit Agenten bedeutet:
„agentische“ Konstrukte zu nutzen,
zu spezifizieren statt zu programmieren,
auf Basis einer geeigneten Architektur/Plattform.
Idee
Makro- und Mikro-Level
Îneue Methodologien erforderlich
Belief Desire Intention
Îmächtige Interpreter / Compiler benötigt
ÎWerkzeuge für Entwicklung und Test
ÎAgentenarchitekturen
32
Bestandteile der
Agentenprogrammierung
Makro- und Mikro-LevelProgrammierung
• Ontologien
• Makro-Level
•
Einigkeit bzgl. der Bedeutung von Konzepten
• Interaktionsprotokolle
•
Konventionen bzgl. der Interaktionen zwischen Agenten
•
Fokussierung auf Kommunikationsbeziehungen
•
kooperative Agenten
•
Organisationsformen
• Mikro-Level:
• Agenten
Fähigkeiten, Wissen, Ziele, Intentionen
(verteiltes Problemlösen)
•
(autonome Agenten)
•
Fokussierung auf einzelne Agenten
•
nutzenoptimierende Agenten
•
„mentaler Zustand“ ...
33
34
Modell einer BDIAgentenarchitektur
Belief-Desire-Intention (BDI)
• BDI: Prädikatenlogik, erweitert um Modal-Operatoren
•
Beliefs drücken aktuelles Wissen aus
•
Desires beschreiben nicht vorhandene, erwünschte Zielzustände
•
Intentions sind Bedingungen, die während der Verarbeitung zur
Erreichung aktueller Ziele eingehalten werden müssen
zumeist: beabsichtigte Handlungen
Interpreter
• BDI-Logiken beheben Probleme der Prädikatenlogik
•
Pläne
Beliefs
Dynamik, Nicht-Monotonie, Widersprüche, sinnvolle
Schlussfolgerungen
Goals
35
Intentions
36
6
BDI-Logiken - Theorie:
Axiomatisierungen
Belief-Desire-Intention (BDI)
Goal( p ) ==> Belief( Goal( p ))
strong realism nach Rao & Georgeff
Zielwelt ist Submenge der Belief-Welt
• Agenten durch Attributierung mentaler Zustände als
intensionale Systeme betrachten
•
ermöglicht (Meta-) Reasoning
•
zum besseren Verständnis seines Handelns
•
Kommunikation mentaler Zustände zur
- Konflikterkennung
- gemeinsame Planung
tellab( p ) ==> Beliefa( p )
„Ehrlichkeit“
tellab( p ) ==> Beliefb( Beliefa( p ))
Empfängersicht
tellab( p ) ==> Beliefb( p )
„Zuverlässigkeit“
- Koordination
• Theorie zur Verknüpfung von Wissen und Handeln ...
37
38
Entwicklungsumgebungen
für Agenten
Mobile Agenten
• Jack Intelligent Agents
• AgentBuilder
• Zeus
• Jade
• FIPA-OS
• MAP
• Grasshopper
• JIAC …
39
Vorteile der AgentenMobilität
Statische versus mobile
Agenten
• Agent arbeitet, während Benutzer offline ist
Static Agent
System
• Agent arbeitet auf Rechnern, zu denen der Benutzer
selbst keinen Zugriff hat
• Vor-Ort-Informationsbearbeitung
• Temporäre Delegation von Wissen und Verfahren
Mobile Agent
System
• Fehlertoleranz bei Netzwerkunterbrechung
• Verringerung der Kommunikationskosten (Latenzzeit!)
Quelle: MITSUBISHI
41
42
7
Grundsätzliches zur
Agentenmobilität
(Mobile) Agenten:
Sicherheitsproblematiken
• Mobilität ist eine Eigenschaft
• Bedrohung der Plattform durch Agenten
•
Eine Unterscheidung zwischen “Intelligenter Agent”
und “Mobiler Agent” ist unzulässig.
•
Denial of Service, Ausspionierung, Masquerading
• Bedrohung des Agenten durch die Platform
• Unterscheidung zur Prozessmigration: Autonomie!
•
Ausspähen und Verändern von Daten
• Formen der Migration
•
Manipulierung der Identität
•
schwach: Datenzustand übertragen, Startmethode
• Agent gegen Agent
(siehe oben)
- Aglets, Voyager, MOLE, ...
•
• Andere Sicherheits- und Kontrollproblematiken
stark: Ausführungszustand übertragen
Cloning, Wiedereinspielen, Waisenerkennung,
Kontrolle, Message-Forwarding, Transaktionen
- AgentTcl, (JIAC)
43
44
Diskussion:
Was ist Mobilität?
Standards
• Programmiertechnik / Programmierparadigma?
mit mobilen Agenten programmieren
aber wann / wozu setze ich Mobilität ein?
• eine Metapher?
zum besseren Verständnis einer Problemstellung
• ein abgeleitetes Konzept?
nicht der Designer, der Agent entscheidet bzgl. Migration
aber was ist die Entscheidungsgrundlage?
45
Agent Standards
FIPA-Überblick
• FIPA
• Foundation for Intelligent Physical Agents
•
Foundation for Intelligent Physical Agents
• Masif
•
•
60 member companies with heavy involvement from
telecommunications companies in particular.
•
Standards: FIPA98, FIPA2000
OMG effort to standardize mobile agents – middleware services
and internal middleware interfaces
• Standards in the following main areas
• De Facto standards
•
Jini: Sun distributed object layer including directory services,
messaging etc. (DARPA GRID is a Jini based agent network)
47
•
Agent communication (language, content language,
interaction protocols)
•
Directory services (DF)
•
Management and naming services (AMS)
48
8
Szenario:
mobiler digitaler Assistent
Ende
DB
DB
DB
DB
Elektronischer Marktplatz
1
2
4
2
4
2
Netz
4
2
4
2
4
2
4
2
34
3
4
33
3
Marktplatzinfrastruktur
1
mobiler Agent
Content-Provider-Agent
1. Geschäftsverkehr
2.
3.
4.
Rückkehr
Instruierung
Migration und
zum
des
Ergebnispräsentation
Marktplatz
Einkaufsagenten
zwischen Agenten
Kommunikation
Szenario elektronischer Marktplatz
49
50
Standards: MASIF und FIPA
• MASIF:
•
Crystaliz, Inc.
•
General Magic, Inc.
•
GMD Focus GmbH
•
IBM Corporation
•
The Open Group
• FIPA: Foundation for
Intelligent Physical Agents
51
9