基于MAS的虚拟企业框架结构设计

时间：2015-12-21 01:54:27 所属分类：计算机技术 浏览量: 170

摘要：虚拟企业具有动态性、分布性、自治性、异构性等特点，传统的企业信息系统已经不能满足虚拟企业的这些特殊要求。在分析了多代理技术在虚拟企业中应用的必要性和可行性基础上，将多代理技术引入到虚拟企业信息系统中，构造了一个基于MAS技术的虚拟企业框

摘要：虚拟企业具有动态性、分布性、自治性、异构性等特点，传统的企业信息系统已经不能满足虚拟企业的这些特殊要求。在分析了多代理技术在虚拟企业中应用的必要性和可行性基础上，将多代理技术引入到虚拟企业信息系统中，构造了一个基于MAS技术的虚拟企业框架结构，并对于各功能Agent，给出了一种通用的Agent结构。

关键词：多代理系统；虚拟企业；框架结构

引言
随着信息通讯技术的迅猛发展和网络化时代的来临，企业传统的组织经营模式越来越无法快速响应市场的需求。在全球化的竞争中，敏捷性、柔性已成为企业成功的关键因素。如何有效利用企业外部资源，实现企业间的集成，建立虚拟企业，已成为未来竞争的有效战略方法。

1虚拟企业与MAS
1.1虚拟企业及其特点
虚拟企业利用先进的信息通讯技术，实现了不同组织之间跨时空的动态协作，它是多个独立的企业为把握快速变化的市场机遇，组成的共享资源、各自贡献其核心能力、协同工作、分享收益的临时性联盟。虚拟企业具有如下显著特征：
(1)动态性：虚拟企业是由处于核心地位的盟主企业发起组成的临时性组织，具有明显的生命周期[1]（创建、运作、调整、解体），有一定的时效性；并且，虚拟企业伙伴关系的配置也是可变的，虚拟企业是一个动态网络。
(2)分布性：构成虚拟企业的各个成员企业在物理上是分布的。
(3)自治性：各个成员企业相对独立，每个企业均有自己的利益。
(4)异构性：各成员企业的企业文化与系统结构是异构的，虚拟企业是异构系统的集成网络。
1.2 MAS概述
Agent是由信念、能力、选择、意图等心智部件组成棋状态的实体，它能够在一定环境下持续自主运行，具有自治性、交互性、协作性、适应性等特点，并且具有感知能力，问题求解能力和与外界进行通行的能力。
多Agent系统(Multi-Agent System, MAS)是分布式人工智能(Distributed Artificial Intelligence, DAI)的一个研究分支，它是指由多个Agent组成的一个较为松散的多Agent联邦，各Agent按预先规定的协议，根据系统的目标状态及自身的目的、资源和知识，利用通信网络相互间通过协商，确定各自的任务，协调各自的行为活动；协作完成共同的任务以达到整体目标。MAS中每个agent具有自治性、分布性[2]，并可以理解主人的需求[3]，它通过竞争或协商等手段协调和解决各成员Agent的目标和行为之间的矛盾和冲突。MAS主要研究整个MAS活动中各Agent之间的相互作用如何产生、每个Agent成员的推理和行为决策如何、考虑系统或环境中其它Agent的存在、Agent成员的目标和行为之间可能的冲突检测和协调以及任务和资源的划分、分配和管理等。
多Agent系统的特点体现在每个Agent的自组织能力和各个Agent之间的协同能力两个方面,主要有[4]:
(1)社会性：在MAS系统中,Agent可能处于由多个Agent构成的社会环境中，Agent拥有其它Agent的信息和知识，并能通过某种Agent通讯语言与其它Agent实施灵活多样的交互和通讯，实现与其它Agent的合作、协同、协商、竞争等等，以完成其自身的问题求解或者帮助其它Agent完成相关的活动。
(2)自治性：在MAS系统中,一个Agent发出服务请求后，其它Agent只有同时具备提供此服务的能力与兴趣，才能接受动作委托。因此，一个Agent不能强制另一个Agent提供某项服务。
(3)协作性：在MAS系统中,具有不同目标的各个Agent必须相互工作、协同、协商未完成问题的求解。
从以上关于Agent及多Agent系统的概念和特点的描述，可以看出，适合多Agent系统应用的领域的主要特点如下[5]：
(1)分布。存在地理或逻辑上的分布异构的实体、数据或信息的应用，需要对这些实体或数据进行集成、利用这些分布的信息和知识进行决策等。
(2)复杂。要解决的总目标具有非常大的计算复杂性，必须通过分布于各个自治实体内的求解器，利用各自的局部知识通过应用启发式方法进行求解。
(3)柔性交互。没有固定的问题解决方法。
(4)动态环境。这样的环境需要反应式和自适应的问题解决实体。
(5)开放。无法对这样的开放环境给出一个完整的问题的定义，例如电子商务内的用户间的交互。
另外，由一组相互之间能进行通讯和合作的智能Agent合作组成的MAS能有效地支持虚拟企业的全生命周期，特别是在以下方面:
(1)支持虚拟企业的创建；
(2)支持虚拟企业坏境下企业间快速、有效、可靠和准确地交换业务信息(例如在虚拟企业中发布客户订单等等)；
(3)支持虚拟企业中各自治组成企业之间进行协商以得到全局生产计划与控制；
(4)支持分布式控制以及在虚拟企业环境下对订单执行过程进行监控、管理与跟踪等
因此，采用多Agent技术来构造虚拟企业的框架结构，支持虚拟企业的合作和协商是一个合理有效的方法。


1.3虚拟企业的组织结构
为了减少系统的复杂性，支持虚拟企业的特征，采用多Agent技术，将虚拟企业中的自主企业实体模型化为Agent,可形成虚拟企业的多Agent组织结构。虚拟企业的组织结构是可重组分层递阶控制的组织结构。最上层是处于核心地位的盟主企业，下一层是各合作者，合作者可能是一个独立的企业实体，也可能是一个子虚拟组织，以此类推，虚拟企业的组织结构如图1：
盟主企业
合作者n
合作者2
…
合作者1
…
多代理系统
单个代理
子盟主



图1虚拟企业的组织结构

2基于多Agent结构的虚拟企业框架结构
2.1虚拟企业框架结构
通过分析虚拟企业的特点、生命周期过程及多Agent系统的特点，本文提出了一种基于MAS的虚拟企业的框架结构，来支持分布式环境下各成员企业与盟主企业之间信息交互、合作与协调。如图2：
任务Agent
资源Agent
重构Agent

…


成员企业Agent
成员企业Agent
资源数据库
监控Agent
盟主企业Agent


图2 基于多Agent机构的虚拟企业框架结构图
（1）虚拟市场Agent：是一种交流环境和平台，虚拟市场为地域上分布、可能互不相识的企业相互交流提供了一个机会，虚拟市场Agent的消息通讯方式采用黑板方式，企业可以在这里发布信息，也可以在这里查看到其他企业发布的信息。
（2）任务Agent：负责任务分解、伙伴选择。任务Agent负责将虚拟企业的总目标按照一定的原则分解为多级子目标，形成一个树状的目标体系。每个叶子目标能由单个企业完成，然后通过一定的方法，选择合适的成员企业来完成，由此创建虚拟企业。这样，由一组企业分别实现子目标集中的各项子目标，从而协同实现虚拟企业的总目标。
（3）资源Agent：负责管理、配置整个VE的资源监控Agent：当一个企业加入到虚拟企业中时，它所拥有的一些诸如原材料、设备、人员等资源，也随之加入进来，成为虚拟企业资源的一部分。此时，资源Agent就对其进行注册登记，记录其数量、位置、功能、状态等信息；当成员企业退出虚拟企业时，成员企业须向资源Agent发送注销请求信息，经资源Agent确认后，删除该成员企业的资源信息。在运行过程中，资源Agent根据任务需要，对资源进行合理配置，当资源的数量、位置、功能、状态等信息发生变化时，由监控Agent通知资源Agent，以便及时更新资源数据库。这样就达到了资源Agent管理、发布整个虚拟企业所有资源的信息的目标。
（4）监控Agent：监控Agent根据生产计划对整个虚拟企业的运行情况进行实时监控，包括各成员企业的任务完成情况、资源使用情况，查看是否有异常情况，以便及时地向重构Agent汇报，为重构Agent做出调整、重构等决策提供信息和依据。
（5）重构Agent：重构Agent主要是根据监控Agent 所反映的运行情况，对虚拟企业的运行过程中出现的一些问题（比如客户订单发生变化，成员企业退出等），对虚拟企业的生产计划、资源配置情况等进行局部调整，或对虚拟企业的结构进行较大规模的重构。

2.2Agent的通用结构
虽然虚拟企业的各成员企业可能是异构的，构成MAS的各个Agent也可能是异构的，但它们要完成的主要功能是类似的，因此在这个体系结构中，我们把Agent设计成具有通用结构的实体，如图3 所示：
协商模块
通信模块
感知与控制模块
规则库
决策模块
知识库
其它Agent
设 备


图3 Agent的通用结构

(1)知识库中存储了本Agent 的数据库和约束、目标函数、规则、经验等知识, 也包括MAS中其余Agent 的通用信息。
(2)决策模块接受感知模块的输入信息, 使用存储在知识库中的知识和数据做出决策, 通过控制模块进行控制输出。
(3)协商模块负责本Agent与其它Agent协商，当存在协商需求的时候启动协商模块与其他Agent 进行基于合同网的协商，并接受协商的反馈信息供决策模块使用。
(4)通信模块主要负责本Agent与其它Agent协商时，数据和信息的交互。
(5)感知与控制模块直接与外部设备相连，用于感知外部设备的运行状况，传递给决策模块，当决策模块做出决策时，再由它输出到外部设备，来控制外部设备的运行。
(6)规则库是一个反应系统，存储了一系列有关生产控制的常规或突发事件的处理规则，例如机器故障处理等。

3 结束语
由于虚拟企业自身固有的分布性、动态性、异构性以及成员企业自身的自治性等特点，传统的方法已经不能全面地描述虚拟企业及有效地支持虚拟企业的全生命周期，而MAS系统的分布性、自治性、社会性等特点为构建虚拟企业提供了一种切实可行的方法。笔者分析了虚拟企业的特点及虚拟企业的组织结构特点，采用MAS技术，设计出一种基于MAS技术的虚拟企业框架结构，该结构支持分布式环境下各成员企业与盟主企业之间信息交互、合作与协调，对于各功能Agent，给出了一种通用的Agent结构。




参考文献：
[1]李瑜，王昕，黄必清，刘文煌，吴澄.基于多AGENT的虚拟企业伙伴选择系统[J].计算机工程与应用,2000,36(8):11-15.
[2]Wooldridge M, Jennings N. Intelligent Agents: theory and practice[J]. The Knowledge Engineering Review, 1995, 10(2): 115-152.
[3]Wooldridge M. Intelligent agents The key concepts [A].MASA 2001[C].Heidelberg:Springer-Verlag,2002，3-43.
[4]张洁，高亮，李培根.多Agent技术在先进制造中的应用[M].北京：科学出版社，2004.
[5]董文辉.基于多Agent的虚拟企业创建与车间层敏捷调度研究[D].沈阳：东北大学，2005.

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