基于过程本体的异质Agent协作技术研究

论文摘要

近年来,在开放网络环境下实现跨组织的灵活复杂的应用已经成为各领域的普遍需求,随着Agent和多Agent系统（Multi-AgentSystem,MAS）技术的发展,它们越来越被认为是构建这种复杂分布式应用的合适范例,在这种抽象下,各种复杂的系统功能通过可能是来源于不同组织的异质Agent之间的协作来灵活地实现。因此,研究开放动态的网络环境下的异质Agent协作是具有重大意义的共性技术问题。传统的Agent协作技术通过设计者在多Agent系统中隐含定义共享的过程框架来保障计算的连贯性,并不适用于开放动态环境下的异质Agent协作。随着技术的发展,本体技术为开放环境下的异质Agent协作提供了很大支持,但是目前本体支持下的异质Agent协作仅仅局限于支持Agent的通信和服务的匹配等,并没有充分利用本体的作用,不能从根本上改善Agent协作的效率。因此,本文主要研究了支持异质Agent协作的过程本体和基于过程本体的异质Agent协作技术。本文的主要工作如下:1.支持异质Agent协作的过程本体技术研究:针对为异质Agent协作提供共享语义支持这个目的,本文首先分析了多Agent系统建模和多Agent协作对过程语义的需求,以及几种具有代表性的过程描述、表示或规范说明语言,确定支持Agent协作的最核心的建模元素及这些元素之间的关系（DL-P Core）;以此为起点,提出能够表示复杂过程的过程本体规范说明DL-P。该规范说明以描述逻辑为逻辑基础,使得建立的过程本体和语义Web的现有标准相兼容,能够发布在Web上,从而异质Agent可以无二义性地访问和使用。随后本文提出了一种基于DL-P规范的过程本体建模方法,研究了基于DL-P规范的过程本体知识库的组成、基本公理和基本推理任务,最后给出了过程本体的检测准则及相应的检测方法。2.一种基于过程本体的异质Agent协作方法:首先根据Jennings和Woodridge及相关研究人员的研究成果,采用承诺/约定和联合承诺/联合意图给出了Agent协作的形式化框架,及基于该形式化框架的Agent协作过程,从理论上分析了Agent协作的关键问题;然后从技术角度分析了开放动态环境下的异质Agent协作所需要的支持技术。在这些工作的基础上,设计动态开放环境下异质Agent协作的体系结构,建立基于过程本体的开放环境下异质Agent的协作空间和协作管理技术。最后研究了在本文提出的协作空间和协作管理技术的支持下,如何利用过程本体支持异质Agent进行协作,包括协作的建立、执行和监控,提出一种新型的开放动态环境下异质Agent的协作机制CoMBPO。3.面向异质Agent协作机制CoMBPO的Agent设计和实现技术:从AgentBDI模型出发,本文给出了一种利用过程本体提供的知识来进行Agent设计建模的方法,及一种BDIAgent的多线程实现技术来开发Agent。该设计建模方法将知识工程师依据DL-P规范所建立的过程本体与Agent的开发过程对应起来,对如何以过程本体为基础来分析和设计Agent的内部元素（例如信念、目标和计划等）进行了研究,降低了Agent开发的难度,同时也避免了知识工程师与系统开发人员之间可能产生的不一致。在BDI Agent的多线程实现技术方面,提出的AGENTFRAME结构明确表示了Agent的信念、愿望和意图。该结构在MBOS平台中得到了实践和应用,MBOS平台已经通过了多项应用实例的测试和评估,结果表明AGENTFRAME结构是可行的,能够长期持续地自主运行,并有效地完成各种推理、协作等智能行为。然后本章给出了如何利用过程本体提供的知识来设计和开发Agent的方法:如何根据过程本体设计和开发一个BDIAgent的信念、目标、能力和计划。并在此基础上研究了相应的计划执行技术。4.以战场油料保障网络为应用背景,开发实现了基于多Agent的油料保障网络系统ABOLN（Agent Based Oil Logistics Network）,从实践上证明了本文的计算模型和实现技术的可行性。本文首先基于DL-P规范建立油料保障网络领域中的过程本体,使用前面提出的面向CoMBP的Agent设计建模方法和BDIAgent的多线程实现技术来开发各个Agent;在实验运行的网络应急保障部分,试验了本文提出的一种基于过程本体的异质Agent的协作技术,对Agent注册角色、发起协作、寻找协作者和协作完成网络应急供油进行了试验。通过原型系统的运行,验证了基于DL-P规范的过程本体建模技术、基于过程本体的Agent协作技术和面向CoMBPO的Agent设计和实现技术,从实践上证明了本文的研究成果的有效性。综上所述,本文针对开放动态环境下的异质Agent协作问题,创新性地提出了开放动态环境下支持异质Agent协作的通用过程本体、基于过程本体的异质Agent协作机制和基于过程本体的Agent设计和开发方法,为研究异质Agent的协作以及提高Agent的协作效率提供了新的技术途径,对于推进开放动态环境下异质系统协作和集成具有一定的理论价值和应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 Agent概述
• 1.1.2 问题的提出
• 1.1.3 应用价值
• 1.2 关键技术及研究现状
• 1.2.1 传统Agent协作技术
• 1.2.2 异质Agent协作技术
• 1.2.3 过程本体的研究进展
• 1.3 研究内容
• 1.4 论文结构
• 第二章 支持异质Agent 协作的过程本体研究
• 2.1 本体的相关理论基础
• 2.1.1 本体的概念
• 2.1.2 知识表示
• 2.1.3 描述逻辑
• 2.1.4 语义Web及Web 本体语言
• 2.2 相关工作分析
• 2.2.1 多Agent系统建模方法分析
• 2.2.2 过程本体相关研究工作分析
• 2.3 支持异质Agent协作的过程本体规范DL-P
• 2.3.1 DL-P 逻辑符号说明
• 2.3.2 过程本体核心DL-PCore
• 2.3.3 过程本体详细规范说明
• 2.3.4 基于DL-P 规范的过程本体建模方法
• 2.4 基于DL-P 的过程本体知识库
• 2.4.1 过程本体知识库
• 2.4.2 DL-P 知识库的基本推理任务
• 2.4.3 过程本体检测
• 2.5 过程本体规范的Web表示
• 2.6 本章总结
• 第三章 一种基于过程本体的异质Agent 协作方法
• 3.1 Agent协作的理论框架
• 3.1.1 承诺和约定
• 3.1.2 联合承诺和联合意图
• 3.1.3 Agent协作过程
• 3.2 异质Agent协作技术需求分析
• 3.3 基于过程本体的异质Agent协作的体系结构
• 3.3.1 共享本体和本体服务
• 3.3.2 Agent
• 3.3.3 Agent管理服务
• 3.3.4 发现服务
• 3.3.5 协作过程管理服务
• 3.3.6 协作空间及协作空间假设
• 3.4 基于过程本体的异质Agent协作机制CoMBPO
• 3.4.1 Agent接受任务
• 3.4.2 发现协作
• 3.4.3 形成协作团队
• 3.4.4 协商建立协作计划
• 3.4.5 协作的执行和监控
• 3.4.6 动态调整
• 3.5 本章小结
• 第四章 面向CoMBPO的一种Agent 设计和实现技术
• 4.1 引言
• 4.2 基于DL-P 的AgentBDI模型及其多线程实现
• 4.2.1 Agent的BDI模型
• 4.2.2 BDIAgent的计划表示
• 4.2.3 BDIAgent的多线程实现技术
• 4.3 基于过程本体的Agent建模和开发
• 4.4 Agent计划的执行
• 4.5 小结
• 第五章 案例研究
• 5.1 油料保障网络背景介绍
• 5.2 基于多Agent的油料保障网络分析和设计建模
• 5.2.1 案例想定
• 5.2.2 设计原则
• 5.2.3 过程本体建模
• 5.2.4 Agent设计建模
• 5.2.5 Agent协作设计
• 5.3 基于多Agent的油料保障网络实验
• 5.3.1 运行环境配置
• 5.3.2 系统实现
• 5.3.3 实验运行过程
• 5.4 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 主要工作和创新点
• 6.2 下一步工作和展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A 过程本体规范说明DL-P
• 附录B 过程本体规范说明的OWL 表示
• 附录C 作者攻读博士学位期间参加的科研项目