Multiagentensysteme

Technologien, Architekturen, Plattformen

Prof. Dr. Stefan Bosse

Universität Koblenz - FB Informatik - Praktische Informatik

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene ::

Agentenmodelle auf Systemebene

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Modellierung

Modellierung

Topologien

  • Die agentenbasierte Modellierung befasst sich ebenso mit der Modellierung von Agentenbeziehungen und Agenteninteraktionen wie mit der Modellierung von Agenten und dem Verhalten von Agenten.

  • Die Hauptprobleme bei der Modellierung von Agenteninteraktionen sind die Angabe, wer mit wem verbunden ist oder sein könnte, und die Dynamik, die die Mechanismen der Interaktionen steuert.

  • Beispiel: Ein agentenbasiertes Modell des Internetwachstums würde beispielsweise Mechanismen enthalten, die angeben, wer mit wem, warum und wann eine Verbindung herstellt.

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Modellierung

Modellierung

Macal, WSC, 2009 Topologien für Agentenbeziehungen und Soziale Interaktion

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Modellierung

Modellierung

  • Die Mikromodellierung mit Agenten umfasst besonders deren Interaktion untereinander und mit der Weltumgebung (Maschinen, Menschen, usw.)

Uhrmacher ed., MASSA, 2009 Das agentenbasierte Modell mit Entitäten auf Mikroebene, ihre Aktionen und Interaktionen sowie die Umgebung

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Modellierung

Modellierung

Agentenmodell

  • Zutaten: Perzeption, Kommunikation, Wissen (Beliefs), Regeln (Plan, Goals), Ausführen (Intentions) → BDI Architektur!

Uhrmacher ed., MASSA, 2009 Das abstrakte kognitive und wissensbasierte Agentenmodell mit der BDI Architektur

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Modellierung

Modellierung

Eigenschaften

Selbst-X Eigenschaften:

  • Organisation (1:N, N:N)
  • Adaptivität (1:1 und N:N)
  • Bewertung (1:1, 1:N, N:N)
  • usw.

1:1 ist individuelle Eigenschaft, 1:N ist Baumstruktur, und N:N ist universelle Struktur

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Systemebene

Systemebene

Agentenbasiert Entwurf

  • Die Kopplung von Agentenmodellen mit einem Entwurfs- und Plaungsprozess (z.B. einer Produktionsanlage) ist der Einstiegspunkt für agentenbezogene Prinzipien und Technologien in aktuellen Automatisierungsszenarien:

Leitao, IAEASAI, Kap. 3, 2015 Entwurf in der Automatisierungstechnik und Cyberphysikalischen Systemem

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Komponetenebene

Komponetenebene

Eingebettete Agententechnologien in der Automatisierung

  • Der nächste Schritt ist die Einbettung von Agententechnologien in die Systeme (z.B. Maschinen):

Leitao, IAEASAI, Kap. 3, 2015 Einbettung in Automatisierungstechnik und Cyberphysikalische Systeme

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Plattformen

Plattformen

Agentenplattformen

  • Domänen: ABC, ABM (Planung und Koordination)
  • Weit verbreitete Programmiersprache: JAVA

Simulationswerkzeuge

  • Domänen: ABC, ABM, ABMS
  • Entweder eigenständig oder als Erweiterung zu bestehenden Plattformen (Beispiel: SEJAM als Visualisierungs- und Steuerungsebene für JAM)
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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Mobile Umgebungen

Mobile Umgebungen

  • Traditionelles verteiltes Rechnen verwendet lokalisierte Prozesse und mobile Daten (Nachrichtenübertragung)
  • Notwendiger Paradigmenwechsel: Von mobilen Daten zu mobilem Code (Prozesse)
  • Konzept: Agent als Mobiler Code in stark heterogenen NetzwerkenABC
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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Crowd Sensing

Crowd Sensing

(Links) Datenaustausch zwischen Smartphones und WEB Service (Rechts) Agent & Plattform

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Crowd Sensing

Crowd Sensing

  • Crowd Sensing mit der JavaScript Agent Machine (JAM) und mobilen Agenten [2]
  • JAM kann auf mobilen Geräten und stationären Stationen (Beacons) ausgeführt werden
  • Agenten können nahtlos zwischen Plattformen in einem Netzwerk migrieren ("wandern")
  • Mobile Agenten werden zur Sensorfusion und Sensorverteilung genutzt

Mobile Agenten == Mobile Programme + Daten

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Crowd Sensing

Crowd Sensing

  • Simulation eines komplexen und verteilten Crowd Sensing Szenario mit SEJAM (Simulation Environment for JAM)
  • Reales Ereignis: Nutzerdaten vom Chaos Communication Congress (2014) in Hamburg

Verschiedene Agenten arbeiten für mobile Umfragen zusammen (Links) Objekt Explorer (Rechts) Simulationswelt mit Beacons, mobilen Geräten (Smartphones) und Agenten

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Crowd Sensing

Crowd Sensing

ABX

  • Nahtlose Kombination aus Simulation und mobiles Crowd Sensing
  • Agenten können sowohl in der Simulationswelt als auch in realen Umgebungen ausgeführt werden und die Welten wechseln ⇒ Augmented Virtual Reality

(Links) Simulator SEJAM (Rechts) Mobile Netzwerke mit JAM. vJAM: virtuelle JAm Instanz

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Intelligente Sensornetzwerke

Intelligente Sensornetzwerke

Erdbebenüberwachung und Ereignisklassifizierung

  • Verteiltes seismisches Netzwerk-CI (South California), das auf einem 2D Mesh-Netzwerk abgebildet ist (JAM Agentenplattform)
  • Mobile Agenten werden zum verteilten und inkrementellen Lernen eingesetzt [1]

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Intelligente Sensornetzwerke

Intelligente Sensornetzwerke

  • Erweiterung des seismischen Netzwerkes mit mobile Geräten wie Smartphones
  • Smartphones können bei Erdbeben zusätzliche Informationen liefern
  • Mobile Agenten können zwischen seismischen und mobilen Netzen/Geräten migrierien

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Intelligente Sensornetzwerke

Intelligente Sensornetzwerke

Sensorisches Material

  • Materialien mit integrierten Sensornetzwerken (Sensor + Informations-Kommunikations Technologien)
  • Einsatz von mobilen Agenten für die Sensorverarbeitung, Sensorverteilung, und verteiltes agentenbasiertes Lernen
  • Verwendung von low-resource Agentenplattformen (Mikrokontroller)

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Intelligente Sensornetzwerke

Intelligente Sensornetzwerke

  • Einbindung sensorischer Materialien in das Internet, das Internet der Dinge (IoT), und Cloud Umgebungen
  • Anwendung:
    • Überwachung von sicherheitskritischen Strukturen, z.B. Bauwerken, in Flugzeugen, Windrädern
    • Überwachung von technischen Geräten und Produkten mit Sammlung von Ensembledaten zur "fliessenden" Verbesserung von Produkteigenschaften (Cloud-based Design & Manufacturing)

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Intelligente Sensornetzwerke

Intelligente Sensornetzwerke

Verkehrsflusssteuerung

  • Kombination aus regelbasierten Agenten mit Verstärkungslernen (RL) zur Optimierung von Verkehrsströmen

Verkehrssimulation mit lernden und kommunizierenden Agenten: Agenten, ihre Sensoren (sx in Bezug auf die Sensorvariable x) und Agentenkommunikationswege (Agts: Verkehrszeichenagent, Agv: Fahrzeugagent)

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Entwicklungswerkzeuge

Entwicklungswerkzeuge

  • Domainen: ABC, ABM (Planung und Koordination)
  • Weit verbreitete Programmiersprache: JAVA

Leitao, IAEASAI, Kap. 1, 2015

Name Referenz
AGlobe Šišlák et al. (2005)
FIPA-OS Poslad et al. (2000)
JACK Howden et al. (2001)
JADE Bellifemine et al. (2005), Bellifemine et al. (2007)
JADEX Braubach et al. (2005), Jadex (2014)
JIAC Hirsch et al. (2009), Lützenberger et al. (2013)
Living Systems Technology Suite Rimassa et al. (2005)
MAdkit Gutknecht and Ferber (2000)
Multi-Agent System Development Kit Gorodetsky et al. (2005)
Repast Simphony North et al. (2013), Repast-S (2014)

Entwicklungswerkzeuge für MAS

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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Programmiersprachen

Programmiersprachen

Agentenorientierte Programmiersprachen (AOP)

  • Unterteilung in zwei wesentliche Klassen:
    • Inherentes Agentenmodell (I) und Kommunikation
    • Als Erweiterung (E) zu bestehenden Programmiersprachen
  • Weiterhin kann eine AOP mit einer Architektur verknüpft sein (A)

Leitao, IAEASAI, Kap. 1, 2015

Name Klasse Referenz
Agent0 I/A Shoham (1991)
2APL/3APL I Dastani et al. (2005)
AgentSpeak(L)/Jason E Kinny et al. (1996), Rao (1996), Bordini et al. (2007)
ASPECS ? Cossentino et al. (2007)
GOAL ? Hindriks et al. (2012) GOAL (2011)
Golog ? Levesque et al. (1997)
MetateM ? Dennis et al. (2008)
PLACA ? Thomas (1995)
AgentJS E/I Bosse (2014)
Agentenorientierte PL
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Stefan Bosse - MAS - Modul B Agentenmodelle auf Systemebene :: Simulationswerkzeuge

Simulationswerkzeuge

Leitao, IAEASAI, Kap. 1, 2015

Name APL/Modell Referenz
Agent.GUI ? Derksen et al. (2011) AgentGUI (2014)
AMASON ? Klügl and Davidsson (2013)
MASON ? Luke et al. (2005), MASON (2014)
MAST ? Vrba et al. (2008)
NetLogo Text/Prozedural, Turtle Wilensky and Rand (2014), NetLogo (2014)
Repast for High Performance Computing (Repast HPC) ? RepastHPC (2014)
SeSAm Graph, ATG/ABM Klügl (2009)
SEJAM2 Text/JS, ATG/ABC/ABM Bosse (2016)

Agentenbasierte Simulationswerkzeuge

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