可扩展容错代理培育环境（SAGE）：下一代多智能体系统的探索

### 可扩展容错代理培育环境（SAGE）：下一代多智能体系统的探索 #### 1. 多智能体系统概述 多智能体系统（MAS）基于协同工作环境的理念，由具有特殊能力（自主、反应、主动和社交）的软件代理组成，能以灵活动态的方式交互，从而更高效地解决传统集中式计算难以处理的问题。MAS 是一种分布式范式，包含社交代理社区，可代表其所有者行事。它在自动化和制造系统中的应用带来了诸多改进，如快速适应系统重新配置、代码复用、提高灵活性和适应性以及更优化和模块化的软件开发。 MAS 已应用于多个领域，包括电子商务、空中交通管制、工作流管理、运输系统和 Web 应用等。在下一代计算领域，面向代理的架构概念至关重要，自主计算将自主元素视为代理，自主系统视为多智能体系统。下一代代理计算要求开发具有自我管理系统关键特性（自我修复、自我保护、自我适应和自我优化）的多智能体系统。 #### 2. SAGE 的愿景与设计思路 SAGE 的愿景源自自主计算的概念，该概念直接源于自主分散系统（ADS）的理论视角。ADS 主要依赖自主可控性和自主协调性原则，确保系统的在线扩展、容错和在线维护。基于此，SAGE 的每个组件都被设计为展现自主行为，为系统的整体自主行为做出贡献。 SAGE 采用了面向下一代计算的双重方法。在系统层面，它设计为具有去中心化架构、可扩展性和容错性的关键特性，为融入自我修复、自我保护和自我配置行为提供了坚实基础。与第一代 FIPA 兼容的 MAS 框架（如 Comtec - AP、JADE、FIPA - OS 和 Zeus）不同，SAGE 旨在克服它们在系统和应用层面缺乏真正下一代自主系统愿景的问题，以及在管理分布式系统挑战方面的不足。 #### 3. 相关背景知识 - **分布式计算与 DAI**：传统上，多智能体系统的研究在分布式人工智能（DAI）的框架下进行，历史上分为分布式问题解决（DPS）和多智能体系统两个主要阵营。如今，“多智能体系统”一词具有更广泛的含义，指由多个（半）自主组件组成的所有类型系统。DPS 考虑如何通过多个模块合作解决特定问题，而 MAS 关注可能预先存在的自主代理集合的行为。 - **代理与多智能体系统**：代理是能够在动态和开放环境中有效运行的自主、解决问题的计算实体，与面向对象软件中的对象不同，代理具有自主选择行动和交互的能力。多智能体系统是代理交互和合作的环境。 - **智能物理代理基金会（FIPA）**：FIPA 是一个 IEEE 标准委员会，致力于推广基于代理的技术和互操作性。它制定了从代理平台架构到代理通信语言、内容语言和交互协议等一系列规范，以促进异构代理系统之间的互操作。 #### 4. SAGE 的总体抽象架构 SAGE 的基本架构根据 FIPA 规范设计，包含以下主要组件： - **AMS（代理管理系统）**：对代理平台进行监督控制，并提供白页服务，重点是实现容错。 - **DF（目录促进者）**：提供黄页服务。 - **MTS（消息传输服务）**：处理 ACL 消息的传输，可扩展性是其最重要的设计问题。 - **VMA（可视化管理代理）**：提供 GUI、监控和实用程序服务，还可监控和管理分布式环境。 - **代理通信语言促进者**：允许交换具有明确定义结构内容的消息，以 FIPA ACL 表示。 - **自主代理架构**：有助于开发自主实体。 #### 5. SAGE 的系统级去中心化架构 - **设计动机**：在 FIPA 平台中，代理需要执行环境来发布服务接口并为其他代理提供服务。现有的集中式 AMS 架构缺乏容错性，是 MAS 部署数量较少的主要原因。因此，SAGE 采用虚拟代理集群（VAC）方法实现去中心化架构，以提高代理管理系统的容错性。 - **虚拟代理集群（VAC）**：VAC 是一个抽象概念，涵盖了部署单个代理平台的所有机器。它类似于集群计算，代理通信通道（ACC）起到前端处理器的作用，提供分布式机器之间的可扩展透明度。每个 VAC 有全局唯一标识，每台机器也有唯一 ID，有助于消息路由和避免额外通信。AMS 分布式部署，一台机器上的实例故障不会影响其他实例。代理通过 Java 远程方法调用（RMI）进行远程调用，并且所有对等机器通过发送心跳消息（“你好”消息）来检查彼此是否存活。 - **VAC 的协同作用**：VAC 支持平台对等机器的动态协同。当更多机器加入同一 VAC 时，它们会自动开始工作，从集中式管理转变为去中心化控制。使用完全限定代理名称（FQAN）格式（Agentname:MachineID@VACID）解决了代理定位问题，避免了网络上的额外广播或多播通信，提高了分布式代理平台的容错性、搜索机制和消息路由性能。 - **去中心化架构的特点**： - **容错和恢复**：去中心化架构使系统能够容忍 AP 中机器的完全故障。