面向網格服務的Multi-agent協商研究.pdf

1、網格計算作為一種建立在互聯網上的大規(guī)模、動態(tài),異構的分布式計算的新一代基礎設施而出現,將分布在不同地理位置的計算資源通過國際互聯網和網格軟件組成新的計算環(huán)境.網格目的就是讓網格用戶能夠透明、容易地訪問和共享網格資源.網格要給用戶提供安全、高效、高質量的服務,必須具備分布共享性、自相似性、動態(tài)多樣性、自治性及協商性等特點.目前在許多網格研究項目中,無論是應用級服務(即Web服務)還是支持Web服務管理、共享和協作的網格基礎級服務,提供服務

2、的載體都不是自治計算系統,且粒度小,抽象程度低,使得在網格環(huán)境下動態(tài)形成的多體制虛擬組織(VO)的建立、高性能網格應用系統的管理、資源分配、應用開發(fā)、模型使用等仍然是空前復雜的任務,接近或超出人類處理能力的極限.網格中間件如Globus實現了網格的核心特征如安全、信息服務和數據管理等,然而資源管理和調度至今仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的復雜問題.Multi-agent系統具有自治性、集成性、異構性、健壯性、可擴展性、協作性和靈活性等能力.研究者

3、認為基于智能的自治Multi-agent的計算能很好地適合于動態(tài)改變的環(huán)境,可以為網格環(huán)境解決資源管理和調度問題提供有效的方法.網格環(huán)境中資源管理和應用調度是非常復雜的任務.我們在本文中將這些問題表示為多個參與者從服務器方購買服務或資源的Multi-agent協商問題,用戶能夠根據需求、價格、優(yōu)先權、可用預算等進行協商得到一個滿意的服務或資源.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(MAS

4、)來模擬、優(yōu)化、實施、控制網格資源的分配和管理為網格研究提供了一種有效的新方法. 在開放的網格環(huán)境MAS系統中,一方面獨立開發(fā)的Agent會隨時動態(tài)地加入或離開系統. 另一方面Agent內部的知識、能力和策略也將在問題求解過程中動態(tài)變化.Agent可以通過協商共享資源、能力,也可以通過協商分解、分配和協作求解任務.如何實現Agent的協商決策模型、Agent協商算法和Agent之間及Agent與用戶之間的交互問題是自治A

5、gent協商系統取得成功的關鍵.在基于MAS的網格系統中資源分配和調度活動都是通過協商完成的,因此如何保證Agent之間能夠有效、有序地進行協商的協商機制是網格計算環(huán)境的重點.目前對協商的研究還只是單純地研究協商協議或者只重視研究協商策略,缺乏對網格環(huán)境下協商模型的研究.因此如何實現面向網格服務的自動協商系統是一個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)新性包含以下幾個方面: 1.網格環(huán)境中利用Mult

6、i-agent聯盟求解策略可以提高網格任務求解效率,但已有策略不能保證達到全局優(yōu)化解和聯盟穩(wěn)定性.本文討論了聯盟形成機制的特性,針對動態(tài)網格環(huán)境提出了一種聯盟形成的行為規(guī)范策略.提出了將聯合意圖理論用作分析會話協議的形式化工具的方法,將聯合意圖理論語義框架用來形式化地設計Multi-agent會話協議和分析Multi-agent聯盟協商協議.這種方法的優(yōu)點是可以為Agent交互提供協議族,從而可以根據需要選擇協商協議來制定策略或改變協商

7、策略,并且可以組合形成一個完整的會話和協議控制策略,因此聯合意圖理論語義為我們分析協議的正確性和合理性提供了有價值的工具.2.網格環(huán)境中 Multi-agent 協作是一個復雜的過程.本文通過對 UML 消息的擴展和對語義的擴展,構建基于合同網的 Multi-agent 協作機制,利用AUML實現了網格虛擬環(huán)境服務協商的 Multi-agent 協作建模.由于 UML 是一種統一建模語言,是面向對象建模事實上的標準.本文提出的 Mult

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

9、正確性進行了驗證.3.針對基于 Multi-agent 的網格環(huán)境中自治 Agent 協商的特點,提出了基于獎懲和協商議題優(yōu)先級的 Multi-agent 多議題多階段協商通用模型--MIPRP,并給出了形式化定義和協商算法.并在給定模型的基礎上給出了一系列協商戰(zhàn)術和協商策略.使用這些戰(zhàn)術與策略可以幫助 Agent 生成建議和反向建議,對收到的建議做出評價,以作為生成反向建議或終止協商的依據.與 Jennings 的協商模型相比較,MI

10、PRP支持多回合協商. 在MIPRP中根據獎懲規(guī)則激勵Agent積極完成任務,充分體現了Agent的自治性. 對協商過程中的協商議題設置優(yōu)先級別,有利于保證一些重要的協商議題盡早進行. 為了完成Agent之間的多次交互,對經典合同網協議進行了擴充,提出了一個支持多次通信的通用協商協議GP.4.提出了網格環(huán)境中一個基于 Multi-agent 框架和基于SLA服務級協商協議的有效資源管理和任務調度模型MASIA.

11、提出了用Multi-agent系統來解決網格的資源管理和調度問題,為網格資源管理和調度制定合適的協商模型、協議和策略,為解決網格計算環(huán)境中的資源管理和調度的挑戰(zhàn)性問題提供了一種新的方法.與傳統的使用需要完全信息的集中式策略,普通的基礎架構的資源管理和調度方法不同,MASIA模型是基于MAS框架,多議題協商策略和SLA服務級協商協議的分布式資源管理和調度機制,使網格任務能在最好的結點上執(zhí)行.MASLA模型具有健壯的協商和移動處理能力,能提

12、高網格負載平衡、任務執(zhí)行效率和資源利用率,增強了網格的可擴展性和適應性.并給出了單議題和時間受限的多議題協商模型和策略. 5.實現了基于 OGSA-DAI 數據訪問與集成中間件的三層系統框架的數字化醫(yī)學圖像處理網格系統 MIP-Grid.MIP-Grid 中網格結點可以隨時加入和離開,網格服務可以隨時創(chuàng)建和銷毀.在這種網格環(huán)境中資源管理、服務分配和調度、計費、異構數據的訪問和集成都是非常復雜的問題.本文提出了利用 Agent

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