基于MAS的虛擬企業(yè)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于MAS的虛擬企業(yè)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山西太原030024）

摘要：虛擬企業(yè)具有動(dòng)態(tài)性、分布性、自治性、異構(gòu)性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的企業(yè)信息系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足虛擬企業(yè)的這些特殊要求。在分析了多代理技術(shù)在虛擬企業(yè)中應(yīng)用的必要性和可行性基礎(chǔ)上，將多代理技術(shù)引入到虛擬企業(yè)信息系統(tǒng)中，構(gòu)造了一個(gè)基于MAS技術(shù)的虛擬企業(yè)框架結(jié)構(gòu)，并對(duì)于各功能Agent，給出了一種通用的Agent結(jié)構(gòu)。

關(guān)鍵詞：多代理系統(tǒng)；虛擬企業(yè)；框架結(jié)構(gòu)中圖法分類號(hào)：TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

引言隨著信息通訊技術(shù)的迅猛發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的來臨，企業(yè)傳統(tǒng)的組織經(jīng)營(yíng)模式越來越無法快速響應(yīng)市場(chǎng)的需求。在全球化的競(jìng)爭(zhēng)中，敏捷性、柔性已成為企業(yè)成功的關(guān)鍵因素。如何有效利用企業(yè)外部資源，實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的集成，建立虛擬企業(yè)，已成為未來競(jìng)爭(zhēng)的有效戰(zhàn)略方法。

1虛擬企業(yè)與MAS1.1虛擬企業(yè)及其特點(diǎn)虛擬企業(yè)利用先進(jìn)的信息通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同組織之間跨時(shí)空的動(dòng)態(tài)協(xié)作，它是多個(gè)獨(dú)立的企業(yè)為把握快速變化的市場(chǎng)機(jī)遇，組成的共享資源、各自貢獻(xiàn)其核心能力、協(xié)同工作、分享收益的臨時(shí)性聯(lián)盟。虛擬企業(yè)具有如下顯著特征：(1)動(dòng)態(tài)性：虛擬企業(yè)是由處于核心地位的盟主企業(yè)發(fā)起組成的臨時(shí)性組織，具有明顯的生命周期[1]（創(chuàng)建、運(yùn)作、調(diào)整、解體），有一定的時(shí)效性；并且，虛擬企業(yè)伙伴關(guān)系的配置也是可變的，虛擬企業(yè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)。(2)分布性：構(gòu)成虛擬企業(yè)的各個(gè)成員企業(yè)在物理上是分布的。(3)自治性：各個(gè)成員企業(yè)相對(duì)獨(dú)立，每個(gè)企業(yè)均有自己的利益。(4)異構(gòu)性：各成員企業(yè)的企業(yè)文化與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是異構(gòu)的，虛擬企業(yè)是異構(gòu)系統(tǒng)的集成網(wǎng)絡(luò)。1.2MAS概述Agent是由信念、能力、選擇、意圖等心智部件組成棋狀態(tài)的實(shí)體，它能夠在一定環(huán)境下持續(xù)自主運(yùn)行，具有自治性、交互性、協(xié)作性、適應(yīng)性等特點(diǎn)，并且具有感知能力，問題求解能力和與外界進(jìn)行通行的能力。多Agent系統(tǒng)(Multi-AgentSystem,MAS)是分布式人工智能(DistributedArtificialIntelligence,DAI)的一個(gè)研究分支，它是指由多個(gè)Agent組成的一個(gè)較為松散的多Agent聯(lián)邦，各Agent按預(yù)先規(guī)定的協(xié)議，根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)狀態(tài)及自身的目的、資源和知識(shí)，利用通信網(wǎng)絡(luò)相互間通過協(xié)商，確定各自的任務(wù)，協(xié)調(diào)各自的行為活動(dòng)；協(xié)作完成共同的任務(wù)以達(dá)到整體目標(biāo)。MAS中每個(gè)agent具有自治性、分布性[2]，并可以理解主人的需求[3]，它通過競(jìng)爭(zhēng)或協(xié)商等手段協(xié)調(diào)和解決各成員Agent的目標(biāo)和行為之間的矛盾和沖突。MAS主要研究整個(gè)MAS活動(dòng)中各Agent之間的相互作用如何產(chǎn)生、每個(gè)Agent成員的推理和行為決策如何、考慮系統(tǒng)或環(huán)境中其它Agent的存在、Agent成員的目標(biāo)和行為之間可能的沖突檢測(cè)和協(xié)調(diào)以及任務(wù)和資源的劃分、分配和管理等。多Agent系統(tǒng)的特點(diǎn)體現(xiàn)在每個(gè)Agent的自組織能力和各個(gè)Agent之間的協(xié)同能力兩個(gè)方面,主要有[4]:(1)社會(huì)性：在MAS系統(tǒng)中,Agent可能處于由多個(gè)Agent構(gòu)成的社會(huì)環(huán)境中，Agent擁有其它Agent的信息和知識(shí)，并能通過某種Agent通訊語言與其它Agent實(shí)施靈活多樣的交互和通訊，實(shí)現(xiàn)與其它Agent的合作、協(xié)同、協(xié)商、競(jìng)爭(zhēng)等等，以完成其自身的問題求解或者幫助其它Agent完成相關(guān)的活動(dòng)。(2)自治性：在MAS系統(tǒng)中,一個(gè)Agent發(fā)出服務(wù)請(qǐng)求后，其它Agent只有同時(shí)具備提供此服務(wù)的能力與興趣，才能接受動(dòng)作委托。因此，一個(gè)Agent不能強(qiáng)制另一個(gè)Agent提供某項(xiàng)服務(wù)。(3)協(xié)作性：在MAS系統(tǒng)中,具有不同目標(biāo)的各個(gè)Agent必須相互工作、協(xié)同、協(xié)商未完成問題的求解。從以上關(guān)于Agent及多Agent系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)的描述，可以看出，適合多Agent系統(tǒng)應(yīng)用的領(lǐng)域的主要特點(diǎn)如下[5]：(1)分布。存在地理或邏輯上的分布異構(gòu)的實(shí)體、數(shù)據(jù)或信息的應(yīng)用，需要對(duì)這些實(shí)體或數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、利用這些分布的信息和知識(shí)進(jìn)行決策等。(2)復(fù)雜。要解決的總目標(biāo)具有非常大的計(jì)算復(fù)雜性，必須通過分布于各個(gè)自治實(shí)體內(nèi)的求解器，利用各自的局部知識(shí)通過應(yīng)用啟發(fā)式方法進(jìn)行求解。(3)柔性交互。沒有固定的問題解決方法。(4)動(dòng)態(tài)環(huán)境。這樣的環(huán)境需要反應(yīng)式和自適應(yīng)的問題解決實(shí)體。(5)開放。無法對(duì)這樣的開放環(huán)境給出一個(gè)完整的問題的定義，例如電子商務(wù)內(nèi)的用戶間的交互。另外，由一組相互之間能進(jìn)行通訊和合作的智能Agent合作組成的MAS能有效地支持虛擬企業(yè)的全生命周期，特別是在以下方面:(1)支持虛擬企業(yè)的創(chuàng)建；(2)支持虛擬企業(yè)壞境下企業(yè)間快速、有效、可靠和準(zhǔn)確地交換業(yè)務(wù)信息(例如在虛擬企業(yè)中發(fā)布客戶訂單等等)；(3)支持虛擬企業(yè)中各自治組成企業(yè)之間進(jìn)行協(xié)商以得到全局生產(chǎn)計(jì)劃與控制；(4)支持分布式控制以及在虛擬企業(yè)環(huán)境下對(duì)訂單執(zhí)行過程進(jìn)行監(jiān)控、管理與跟蹤等因此，采用多Agent技術(shù)來構(gòu)造虛擬企業(yè)的框架結(jié)構(gòu)，支持虛擬企業(yè)的合作和協(xié)商是一個(gè)合理有效的方法。

1.3虛擬企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)為了減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，支持虛擬企業(yè)的特征，采用多Agent技術(shù)，將虛擬企業(yè)中的自主企業(yè)實(shí)體模型化為Agent,可形成虛擬企業(yè)的多Agent組織結(jié)構(gòu)。虛擬企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)是可重組分層遞階控制的組織結(jié)構(gòu)。最上層是處于核心地位的盟主企業(yè)，下一層是各合作者，合作者可能是一個(gè)獨(dú)立的企業(yè)實(shí)體，也可能是一個(gè)子虛擬組織，以此類推，虛擬企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)如圖1：盟主企業(yè)合作者n合作者2…合作者1…多代理系統(tǒng)單個(gè)代理子盟主

圖1虛擬企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)

2基于多Agent結(jié)構(gòu)的虛擬企業(yè)框架結(jié)構(gòu)2.1虛擬企業(yè)框架結(jié)構(gòu)通過分析虛擬企業(yè)的特點(diǎn)、生命周期過程及多Agent系統(tǒng)的特點(diǎn)，本文提出了一種基于MAS的虛擬企業(yè)的框架結(jié)構(gòu)，來支持分布式環(huán)境下各成員企業(yè)與盟主企業(yè)之間信息交互、合作與協(xié)調(diào)。如圖2：任務(wù)Agent資源Agent重構(gòu)Agent

…

成員企業(yè)Agent成員企業(yè)Agent資源數(shù)據(jù)庫監(jiān)控Agent盟主企業(yè)Agent

圖2基于多Agent機(jī)構(gòu)的虛擬企業(yè)框架結(jié)構(gòu)圖（1）虛擬市場(chǎng)Agent：是一種交流環(huán)境和平臺(tái)，虛擬市場(chǎng)為地域上分布、可能互不相識(shí)的企業(yè)相互交流提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，虛擬市場(chǎng)Agent的消息通訊方式采用黑板方式，企業(yè)可以在這里發(fā)布信息，也可以在這里查看到其他企業(yè)發(fā)布的信息。（2）任務(wù)Agent：負(fù)責(zé)任務(wù)分解、伙伴選擇。任務(wù)Agent負(fù)責(zé)將虛擬企業(yè)的總目標(biāo)按照一定的原則分解為多級(jí)子目標(biāo)，形成一個(gè)樹狀的目標(biāo)體系。每個(gè)葉子目標(biāo)能由單個(gè)企業(yè)完成，然后通過一定的方法，選擇合適的成員企業(yè)來完成，由此創(chuàng)建虛擬企業(yè)。這樣，由一組企業(yè)分別實(shí)現(xiàn)子目標(biāo)集中的各項(xiàng)子目標(biāo)，從而協(xié)同實(shí)現(xiàn)虛擬企業(yè)的總目標(biāo)。（3）資源Agent：負(fù)責(zé)管理、配置整個(gè)VE的資源監(jiān)控Agent：當(dāng)一個(gè)企業(yè)加入到虛擬企業(yè)中時(shí)，它所擁有的一些諸如原材料、設(shè)備、人員等資源，也隨之加入進(jìn)來，成為虛擬企業(yè)資源的一部分。此時(shí)，資源Agent就對(duì)其進(jìn)行注冊(cè)登記，記錄其數(shù)量、位置、功能、狀態(tài)等信息；當(dāng)成員企業(yè)退出虛擬企業(yè)時(shí)，成員企業(yè)須向資源Agent發(fā)送注銷請(qǐng)求信息，經(jīng)資源Agent確認(rèn)后，刪除該成員企業(yè)的資源信息。在運(yùn)行過程中，資源Agent根據(jù)任務(wù)需要，對(duì)資源進(jìn)行合理配置，當(dāng)資源的數(shù)量、位置、功能、狀態(tài)等信息發(fā)生變化時(shí)，由監(jiān)控Agent通知資源Agent，以便及時(shí)更新資源數(shù)據(jù)庫。這樣就達(dá)到了資源Agent管理、發(fā)布整個(gè)虛擬企業(yè)所有資源的信息的目標(biāo)。（4）監(jiān)控Agent：監(jiān)控Agent根據(jù)生產(chǎn)計(jì)劃對(duì)整個(gè)虛擬企業(yè)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括各成員企業(yè)的任務(wù)完成情況、資源使用情況，查看是否有異常情況，以便及時(shí)地向重構(gòu)Agent匯報(bào)，為重構(gòu)Agent做出調(diào)整、重構(gòu)等決策提供信息和依據(jù)。（5）重構(gòu)Agent：重構(gòu)Agent主要是根據(jù)監(jiān)控Agent所反映的運(yùn)行情況，對(duì)虛擬企業(yè)的運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一些問題（比如客戶訂單發(fā)生變化，成員企業(yè)退出等），對(duì)虛擬企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃、資源配置情況等進(jìn)行局部調(diào)整，或?qū)μ摂M企業(yè)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行較大規(guī)模的重構(gòu)。

2.2Agent的通用結(jié)構(gòu)雖然虛擬企業(yè)的各成員企業(yè)可能是異構(gòu)的，構(gòu)成MAS的各個(gè)Agent也可能是異構(gòu)的，但它們要完成的主要功能是類似的，因此在這個(gè)體系結(jié)構(gòu)中，我們把Agent設(shè)計(jì)成具有通用結(jié)構(gòu)的實(shí)體，如圖3所示：協(xié)商模塊通信模塊感知與控制模塊規(guī)則庫決策模塊知識(shí)庫其它Agent設(shè)備圖3Agent的通用結(jié)構(gòu)

(1)知識(shí)庫中存儲(chǔ)了本Agent的數(shù)據(jù)庫和約束、目標(biāo)函數(shù)、規(guī)則、經(jīng)驗(yàn)等知識(shí),也包括MAS中其余Agent的通用信息。(2)決策模塊接受感知模塊的輸入信息,使用存儲(chǔ)在知識(shí)庫中的知識(shí)和數(shù)據(jù)做出決策,通過控制模塊進(jìn)行控制輸出。(3)協(xié)商模塊負(fù)責(zé)本Agent與其它Agent協(xié)商，當(dāng)存在協(xié)商需求的時(shí)候啟動(dòng)協(xié)商模塊與其他Agent進(jìn)行基于合同網(wǎng)的協(xié)商，并接受協(xié)商的反饋信息供決策模塊使用。(4)通信模塊主要負(fù)責(zé)本Agent與其它Agent協(xié)商時(shí)，數(shù)據(jù)和信息的交互。(5)感知與控制模塊直接與外部設(shè)備相連，用于感知外部設(shè)備的運(yùn)行狀況，傳遞給決策模塊，當(dāng)決策模塊做出決策時(shí)，再由它輸出到外部設(shè)備，來控制外部設(shè)備的運(yùn)行。(6)規(guī)則庫是一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)，存儲(chǔ)了一系列有關(guān)生產(chǎn)控制的常規(guī)或突發(fā)事件的處理規(guī)則，例如機(jī)器故障處理等。

3結(jié)束語由于虛擬企業(yè)自身固有的分布性、動(dòng)態(tài)性、異構(gòu)性以及成員企業(yè)自身的自治性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)的方法已經(jīng)不能全面地描述虛擬企業(yè)及有