物流信息系統體系結構產品向多Agent系統的映射研究

文/鐘海銘 李中學 王希科

物流信息系統體系結構產品向多Agent系統的映射研究

文/鐘海銘 李中學 王希科

對體系思維指導下的多Agent系統建設進行研究和探索，提出將體系結構技術與Agent技術相結合，研究了體系結構產品向多Agent系統映射問題的來源及其映射方法，為未來物流信息系統的發展提供了很好的建設思路。

結構產品；Agent；映射

為了解決物流過程中的數據共享問題，實現系統的互連、互通、互操作，國內外眾多物流專家和信息化專家開始研究運用體系結構方法從頂層規劃物流信息系統的建設。同時，Agent技術在物流領域的廣泛應用和發展，利用Agent的特性來求解物流信息系統的復雜性和適應性已成為可能。本文的研究正源于此，是對體系思維指導下的多Agent系統建設的研究和探索。本文提出將體系結構技術與Agent技術相結合，研究了體系結構產品向多Agent系統映射問題的來源及其映射方法，為未來物流信息系統的發展提供了很好的建設思路。

1.體系結構產品向多Agent系統映射問題的提出

1.1 體系結構在物流信息系統中的重要作用

體系結構是指系統組成部分的結構、它們之間的關系，以及指導它們設計和隨時間演化的原則和指南。系統需求的不斷變化，軟件開發技術的快速發展，越來越多的復雜性和適應性問題對信息系統提出了新的要求。對于這類復雜信息系統，研發的時間周期長，且牽涉的利益相關者多，投入的資金大，為了確保整個項目的順利完成，保證系統的功能需求和質量需求，在較長時期內能夠滿足系統需求，解決這類問題的關鍵是采用體系結構來進行系統建設。

體系結構是對復雜系統的一種抽象，通過在高層次上定義系統的組成結構及其交互關系，隱藏系統部件的局部細節信息，提供了一種理解、管理復雜系統的機制。高層次的系統設計抽象使得對系統的表述變得簡單化，具有很強的傳遞信息能力。其次，體系結構是系統早期設計決策的體現，是系統建設的藍圖，為系統的利益相關者提供了相互交流的手段，指導系統的開發與集成，便于從總體上分析、理解、比較系統。最后，體系結構為系統中的各子系統實現互連、互通、互操作成為可能，物流信息系統的開發規模龐大，內含的子系統數量多，采用體系結構從頂層設計了子系統之間的接口及互連的條件，為系統滿足功能需求和質量需求提供了前提條件。目前，學者們提出采用體系結構進行物流信息系統頂層設計，并制定體系結構框架來規范其描述，以實現系統間的互連、互通、互操作。他們基于美國的國防部體系結構框架，從業務、系統和技術標準三個方面研究并建立了物流信息系統的體系結構視圖產品。這些產品從多個方面概述了物流信息系統的需求，是獲取系統需求的有效工具。

1.2 物流領域中多Agent技術的應用

Agent技術的迅猛發展及其廣泛應用使越來越多的人認識到采用Agent技術使復雜信息系統的實現成為可能，并能夠有效地解決系統復雜性和適應性的問題。Agent本身具有一定程度的感知、推理、學習、自適應和協作能力，能夠靈活、自主地采取行動以滿足實際目標。而多Agent技術是在單Agent技術基礎之上，為適應分布式系統研究而發展起來的。眾所周知，處理大型、復雜的現實問題最有效的方法就是“問題分解”，將其不斷分解成若干個復雜度較低、規模較小的子問題，并通過分析子問題之間的關系、求解子問題，最終得出原問題的解。多Agent技術提供了為實現這種復雜問題求解方法的能力。物流領域是一個以不確定性為主要特征的極富挑戰性的領域，它需要能夠及時應對和處理動態性的需求變化，并能夠提供快捷、高效的物流服務。眾多研究已將多Agent技術引入了物流領域，并根據特定的信息系統功能需求建立系統體系結構，使物流信息系統具有較強的適應性。

1.3 體系結構產品向多Agent系統映射研究的意義

體系結構從物流信息系統頂層設計的高度保證了系統的互連、互通、互操作，規劃了整個系統的建設。多Agent系統則從系統實現的角度來考慮整個信息系統的構建，是從系統設計的角度來考慮的。體系結構產品是對信息系統的描述，但并不是真正可運行的系統。產品除了指導系統構建人員如何構建這些系統外，最好能夠直接或間接的利用產品來構建整個系統。因而，體系結構產品向多Agent系統映射其實就是如何利用產品來構建整個Agent系統，通過建立產品與Agent之間的聯系，明確產品要素與Agent系統之間的關系，為體系思維指導下的多Agent系統實現成為可能。

2.體系結構產品向多Agent系統映射的方法

體系結構產品對信息系統的各個方面進行了頂層描述，是獲取系統需求的有效工具，而多Agent系統則是從系統設計的角度描述了系統的組成方式，因而產品向Agent系統的映射實質上是系統需求模型向系統設計的映射，利用產品的相關要素去構建多Agent系統。多Agent系統是由多個相互合作的自主Agent所構成，它們之間采用特定的協議進行通信，并且通過復雜協同與合作來共同完成對復雜問題的求解。到目前為止研究人員已經提出了近20種多Agent系統的開發方法，根據這些方法所依賴的理論基礎與技術背景可以分為基于知識工程、基于對象技術和基于角色模型三種。基于角色模型的開發方法，其中比較有影響性的工作包括Wooldridge的Gaia方法、美國空軍研究所開發的MASE方法、Bush等人開發的Styx方法等，我們以此為基礎，將角色作為連接產品向多Agent系統映射的橋梁。具體過程如下：

(1)體系結構產品向角色模型的映射

角色概念來自于社會學，其基本觀點是角色限定了個體的行為，角色之間的關系限定了系統中個體之間的交互，它主要用于刻畫和分析系統的需求。角色模型則用于描述系統中的角色以及這些角色間的通信路徑，確定并描述了角色交互實體的原型結構。角色模型通過使用角色來組織系統需求，是系統問題域分析的重要概念模型。體系結構產品從多視圖的角度同樣也概述了系統需求，是多Agent系統需求的來源。因此，實現體系結構產品向角色模型的映射是建立多A－gent系統的前提和基礎。

根據角色模型構成的需要，我們需從產品中提取出構建角色模型的相關要素，包括角色以及角色之間的交互方式。主要是通過業務視圖產品來構建角色模型。具體來講，以使命任務為中心，將業務任務看作是系統須完成的目標，構建一個系統的目標層次圖。然后從業務組織中提取出系統角色，建立產品與角色屬性之間的聯系，并通過業務活動模型以及業務信息交換來獲取角色之間的交互方式，從而將體系結構產品描述的需求轉換為角色組織的系統需求，為下一步實現角色模型向多Agent系統的映射奠定了基礎。

(2)角色模型向多Agent系統的映射

角色模型反映了多Agent系統的需求，是系統需求分析階段的概念模型，多Agent系統的設計則屬于系統求解域的問題，角色模型向多Agent系統的映射其實就是如何將角色實例化為Agent個體，通過角色模型來獲得多Agent系統。

角色本身具有一定的屬性，但是它并不作為實體存在，它是Agent的抽象，角色之間的交互刻畫了社會行為，但是角色的執行依賴于Agent，Agent是系統中進行感知和動作的實體，角色的執行必須通過它所綁定于的Agent的基本動作來實現。因此，我們需要根據實際情況將角色實例化為Agent，從而將角色的相關屬性轉化為Agent個體的自身屬性，將角色之間的交互轉換為Agent之間的通信，并確定Agent個體的體系結構和角色與Agent之間的綁定機制，從而利用角色構建多Agent系統，使得所構建出來的系統能夠滿足互聯、互通、互操作的同時又能夠解決系統的復雜性和適應性。

3.結束語

物流信息系統體系結構產品向多Agent系統的映射，是在結合體系結構技術和Agent技術兩者優勢的基礎上，利用體系結構產品來構建多Agent系統。本文分析了體系結構產品向多Agent系統映射問題的由來，并給出了產品向多Agent系統映射的方法，為未來物流信息系統發展提供了很好的建設思路。

后勤工程學院）