基于黑板的多Agent系統交互協作

引言：為了彌補基于Web Service的交互協作模型框架的不足，提高多Agent系統對任務求解的能力，最大發揮系統中Agent的能力，在此設計了基于黑板的多Agent系統交互協作框架。

單一的基于Web Service的多Agent系統交互協作框架，不能充分發揮多Agent系統中每個Agent的能力，也不利于系統Agent熟人總線的維護。基于黑板的多Agent系統交互協作框架，打破了這種局限。

一、基于黑板的多Agent系統交互協作框架設計

基于黑板的多Agent系統交互協作模型體系結構，主要包括系統Agent、網絡、黑板3個部分。Agent是整體體系結構的主體，是最終的參與者與受益者，Agent實體從黑板上讀或寫信息，它們之間沒有直接的交互，黑板是它們交互協作的橋梁。網絡是信息在分布、異構的Agent與黑板之間傳遞的載體，在這里它基于TCP/IP協議。黑板是信息與數據的共享區，向對黑板有使用權限的Agent展示著各個Agent發布到上面的任何信息，比如，Agent發布的任務、任務的求解結果、Agent的狀態等。

在黑板表的信息結構，編號（number）屬性表示信息在黑板上的一個純粹順序編碼，該屬性值的大小不代表信息的優先級別，只為了增強黑板上信息的可讀性，當有新的信息發布到黑板上后，由黑板系統自動生成相應編號屬性的值。標識（identifier）屬性代表信息發布者所屬的多Agent系統，在前面有講到，黑板的使用權限的申請以多Agent系統為單位，這個標識就代表獲得申請黑板使用權限的多Agent系統的認證號，這個認證號也黑板的控制中心分發。實體名字（publisher）屬性代表著發布消息的具體Agent，在這里有一個假設：同一個多Agent系統的發布實體的名字是唯一，在不同的多Agent系統中可以有同名的發布Agent的名字，可以通過標識（identifier）屬性值和實體名字（publisher）屬性值查找每一條消息的最終發布實體（Agent）。主體（subject）屬性代表消息的是類別，它的屬性值包括任務、結果和資源三種。標題（title）屬性代表著消息的標題，其屬性值就是消息的具體題目表示。關鍵詞（keyword）是消息的重要屬性，它是Agent對信息進行搜索的重要依據，關鍵詞的個數可以由Agent自主決定。內容（content）屬性是消息的核心，是在黑板上要傳達的具體信息內容，關于消息內容格式描述是關鍵性問題，它影響到系統Agent是否可以理解其傳達的信息，將會在后面做詳細的講解。期限（time limit）屬性標識了某信息在黑板上的停留期限，它是黑板格式要求中必不可少的內容，關系到黑板系統對黑板信息的維護，其屬性值是信息在黑板上的停留截止日期，系統會自動刪除超出其屬性值的信息。采取這樣的手段來對信息進行維護具有重要的意義，可以為Agent發布新的信息預置空間，如果Agent發布的信息在黑板上保存時間過長，其就沒有實在的意義，也有必要把其刪除，從而保持黑板空間的最大利用價值，也保證的信息的意義價值。

黑板中信息的消息字段非常重要，它承載著消息的一大部分信息，為了系統中的Agent能夠很容易的理解其內容，在本設計中，關于這一部分有一個假設：消息字段的內容描述具有相同的結構。由于時間關系，在本文不對消息內容的結構做任何研究，主要把注意力放在實現消息內容的描述技術上，以下對其描述技術進行選擇進行講解。

黑板信息格式描述中，其消息字段承載著信息的一大部分，必須精心設計消息字段的描述形式。怎樣對其消息字段內容進行描述方式至關重要，直接影響到多Agent間交互協作的正常執行，對其信息描述格式的技術選擇之前，要考慮多實現系統Agent對黑板規范的格式內容的理解不復雜、黑板上信息的描述技術必須既有跨平臺性、保持系統中多個Agent理解信息的方式一致。

基于以上對消息內容的要求進行分析，實現對消息內容的描述技術必須具有很好的跨平臺性、易讀性、簡單性、數據描述性。在本文設計中，選擇XML片段作為信息內容描述的實現技術，只所以選擇XML是因為它具有很多的優勢，比如，XML具有很好的夸平臺型，它可以在任何環境下運行，這也把XML作為最終選擇對象的第一目的；XML格式整齊，具有很好的層次性，可以對數據或信息的層次結構關系完美的描述出來；XML具有很好的可擴展性，用戶可以依據具體需求做相應的擴展；技術基于任務語言實現的Agent都可以對XML文檔進行解析并處理。選擇XML定為消息的描述方式，也是不二之選。

二、基于黑板的多Agent系統交互協作方式

基于Web Service的多Agent交互協作框架的不足，提出基于黑板的多Agent交互協作框架作為補充，它們相撲想成共同構成多Agent交互協作框架。基于黑板的多Agent交互協作過程如下：

（1）當Agent接受到自身和其熟人WS-Agent都不能完成的任務時，把任務發布到黑板上，等待能偶對其求解Agent的發現，希望能夠得到其它Agent的協助；

（2）其它Agent對黑板進行訪問時，發現自己能夠對該任務求解時，把問題取走并對其求解；

（3）Agent對黑板上的任務求解后，把結果發布到黑板上；

（4）發布相應任務的Agent把結果取出；

（5）Agent間的一輪交互協作過程結束。

基于黑板的多Agent交互協作過程簡單，易于實現，除了Agent對黑板任務的解讀與執行過程，只是對數據庫的讀寫操作。彌補了基于Web Service的多Agent交互協作過程的不足，它們相撲想成，共同構成多Agent的交互協作方式。

三、基于黑板的多Agent交互協作框架代碼實現

對基于黑板的多Agent交互協作框架的關鍵代碼進行闡述，把Microsoftware SQL Server作為黑板使用，具體實現步驟為，首先，在數據庫里建立數據庫，讓其作為黑板的一個區域；其次，在數據庫中建立表，到此，就建立了讀/寫的黑板。這2步驟的具體可以使用向導實現，也可通過企業管理器或Transact-SQL實現。這一部分實現起來非常簡單，具體實現細節不做闡述。

Agent對黑板的訪問基于TCP/IP協議，需要用到的外界資源有：數據庫Microsoftware SQL Server 2008的驅動程序，Internet網絡。Agent通過這些資源在黑板上發布和讀取信息，實現多Agent間的交互，協作完成對一系列任務的求解。在這一章的開始部分有講到，基于黑板的多Agent交互協作模型是對基于Web Service的交互協作模型的補充，它們相撲想成，共同工程了多Agent之間的交互協作，本設計中，用Microsoftware SQL Server 作為黑板使用，Agent對黑板的訪問就是對黑板的訪問，Agent訪問黑板有以下幾種情況：

情況一：當Agent自身及其WS-Agent熟人都不能完成其接收到的任務時，對黑板進行訪問，并把任務發布到黑板上，以尋求得系統中其它Agent的協作，共同完成對任務的求解。

實現這種情況的訪問非常簡單，就是通過相應的數據驅動對數據庫表的訪問，對黑板的讀與寫就是對在數據庫表中信息的讀取與在表中插入信息。具體實現代碼非常簡單，在這里不進行闡述。

情況二：在本設計中，Agent有一個定時器，讓其定時訪問黑板。其作用包括，通過訪問黑板上的信息，可以更加了解周圍環境，學習自身不具有的知識，提高Agent的智能性與求解問題的能力；可以發現問題，協助其它Agent完成發布到黑板上的任務，并把結果發布到黑板上。

實現這種方式的訪問，要用java定制一個定時器，保證Agent定期對黑板的訪問；把黑板信息的消息字段內容描述的XML片段轉換成XML文檔對象形式，因為，XML片段對java來說就相當于一個字符串，不能直接對其進行解析；需要把其選轉換為XML文檔對象，讓后有基于java的dom4j對其進行解析。

Java有專門實現定時的類Timer，它在java.util包中，在使用它時，先對其實例化，然后使用實例的schedule（TimerTask task， long delay）方法某操作定時，設定指定的操作任務task在指定的延遲delay后執行。定時器任務類TimerTask是抽象類，實現定時的造作類必須繼承并重寫其run（）方法，才實現具體的定時操作。schedule（TimerTask task， Date time）設定指定任務task在指定時間time執行。schedule（TimerTask task， long delay， long period）方法設定指定任務task在指定延遲delay后進行固定延遲peroid的執行。scheduleAtFixedRate（TimerTask task， long delay， long period）方法設定指定任務task在指定延遲delay后進行固定頻率peroid的執行。要實現一個定時任務，運用java中的Timer和TimerTask類可以非常容易實現實定時調用處理函數。這兩個類使用起來非常方便，可以完成我們對定時器的絕大多數需要。

情況三：Agent把其自身信息（比如，狀態信息、地址信息等）或資源（比如，系統中其它Agent可以直接使用的數據、圖片等）。在這種情況下，黑板相當于供其它Agent學習的一個平臺，對黑板有使用權限的Agent都可以通過它進行學習并了解到其它Agent的動向。

由此，本文設計了基于黑板的多Agent系統交互協作框架模型，與第三章設計的基于Web Service的多Agent系統交互協作框架相撲想成，相互補拙取優，共同構成多Agent交互協作方式。黑板上的消息描述格式定義是本章重點內容之一，影響到Agent對消息的理解，直接關系到多Agent間交互協作性能。

（作者單位：遼寧金融職業學院）

作者簡介

李業明（1982-），男，遼寧遼陽人，遼寧金融職業學院網絡中心教師，講師。研究方向：計算機網絡。