THE AGENT SYSTEMS ENGINEERING METHODOLOGY (ASEME)

THE AGENT SYSTEMS ENGINEERING METHODOLOGY (ASEME)

Νικόλαος Σπανουδάκης[email protected]ΕΕΔΙΠ ΙΙΓενικό Τμήμα Πολυτεχνείου Κρήτης

Αθήνα, 18 Μαΐου, 2011

Περιεχόμενα παρουσίασης

Εισαγωγή Παρουσίαση των μοντέλων της Γλώσσας

Μοντελοποίησης Πρακτόρων (Agent MOdeling Language – AMOLA)

Παρουσίαση της Μεθοδολογίας Δημιουργίας Πρακτοροστραφών Συστημάτων (Agent Syst. Engineering Methodology – ASEME)

Δια και ενδο-πρακτορικός έλεγχος (inter and intra-agent control)

Συμπεράσματα – Μελλοντικές επεκτάσεις12/5/2011 2Ν. Σπανουδάκης

Τοποθέτηση στον επιστημονικό χώρο Η Τεχνολογία Λογισμικού (Software Engineering,

IEEE, 1990) : Εφαρμόζει μια συστηματική, μεθοδική προσέγγιση στην

ανάπτυξη, λειτουργία και συντήρηση του λογισμικού Μια διαδικασία ανάπτυξης λογισμικού (software

process) απαντά στα ερωτήματα (Boehn, 1988): Τι θα κάνουμε μετά; Για πόσο χρόνο θα συνεχίσουμε να το κάνουμε;

Μια μεθοδολογία ανάπτυξης λογισμικού (software methodology) είναι ένα προδιαγεγραμμένο και οργανωμένο σύνολο τεχνικών και κανόνων οι οποίοι ορίζουν από ποιον και με ποια σειρά θα χρησιμοποιηθούν οι τεχνικές (Tolvanen, 1998)

12/5/2011 3Ν. Σπανουδάκης

Πρακτοροστραφής Μηχανική Λογισμικού

Agent Oriented Software Engineering (AOSE) Από τον χώρο της κατανεμημένης τεχνητής

νοημοσύνης και των συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων (ΣΠΠ) – Multi-Agent Systems (MAS) δημιουργήθηκε η ανάγκη για την ανάπτυξη λογισμικού το οποίο θα είναι (Wooldridge and Jennings, 1995; Weiss, 2003): Αυτόνομο (autonomous) Κοινωνικό (social) Αντιδραστικό (reactive) Ικανό να παίρνει πρωτοβουλίες (pro-active) Προσαρμοστικό (adaptive) Διαρκές (persistent)


Οι πιο γνωστές μεθοδολογίες AOSE The Gaia Methodology (Wooldridge et al., 2000) Agent UML (Odell et al., 2000) Multi-agent Systems Engineering (Deloach et

al., 2001) PASSI (Burrafato and Cossentino, 2002) Prometheus (Padgham and Winikoff, 2003) Tropos (Bresciani et al., 2004) ADELFE, Ingenias, …


Γιατί χρειαζόμαστε μια νέα Μεθοδολογία; Τι λείπει; Μια σαφής διαδικασία μετατροπής των μοντέλων των

διαφορετικών φάσεων σε πρόγραμμα υπολογιστή (Model-driven Engineering orientation)

Η απεικόνιση πολύπλοκων συστημάτων σε διαφορετικά επίπεδα αφαίρεσης (abstraction)

Μια μέθοδος ενσωμάτωσης των πρωτοκόλλων επικοινωνίας και των ικανοτήτων ενός πράκτορα

Η δυνατότητα μοντελοποίησης ΣΠΠ ανεξάρτητα από το χρησιμοποιούμενο μοντέλο σκέψης (agent mental model) χρησιμοποιώντας τις έννοιες της ικανότητας και λειτουργίας (capability and functionality)

Βοήθεια στην αναγνώριση των πρακτόρων Η προσέγγιση των μη-λειτουργικών απαιτήσεων …


Προεπισκόπηση της ASEME


Μηχανική Οδηγούμενη από ΜοντέλαModel Driven Engineering (MDE) MDE (Beydeda et al., 2005) είναι η συστηματική

χρήση μοντέλων ως πρωταρχικά εργαλεία καθόλο τον κύκλο ζωής του έργου λογισμικού στοχεύοντας σε φορητότητα, διαλειτουργικότητα και επαναχρησιμότητα

Βασίζεται σε μετασχηματισμούς μοντέλων και σε μεταμοντέλα

(Jouault and Bézivin, 2006)


Μετασχηματισμοί ΜοντέλωνModel Transformation Μετασχηματισμός:

Είσοδος: το μοντέλο πηγής Ma που είναι σύμφωνο με το μεταμοντέλο MMa

Έξοδος: το μοντέλο στόχος Mb που είναι σύμφωνο με το μεταμοντέλο MMb

Τέσσερις τύποι μετασχηματισμών (Langlois et al., 2007): Μοντέλο σε μοντέλο (M2M) Μοντέλο σε κείμενο (M2T) Κείμενο σε μοντέλο (T2M) Κείμενο σε κείμενο (T2T)

MMM

MMb

Ma

Legend

conformsTo transformation

MMtMMa

Mb

Tab

M2M

executes


Το μεταμεταμοντέλο ecore

Του Eclipse Modeling Framework (EMF)

12/5/2011 Ν. Σπανουδάκης 10

Μοντέλα AMOLA: Ανάλυση Απαιτήσεων Το Μοντέλο Δραστών-

Στόχων (SAG) βασίζεται στο actor diagram της μεθοδολογίας Tropos

Το μεταμοντέλο του ορίζεται σύμφωνα με το μεταμεταμοντέλο Ecore (EMF)

Meetings Manager

Personal Assistant

Request new

meeting

Learn user

habitsFaculty

Personnel

Manage meetings


12/5/2011

System

Μοντέλα AMOLA: Ανάλυση Συστήματος To Διάγραμμα Περίπτωσης

Χρήσης (SUC) βασισμένο στα UML use cases

Και το μεταμοντέλο του

Personal Assistant

Request new meeting

Manage meetings

Learn user habits

FacultyPersonnel

12Ν. Σπανουδάκης

Meetings Manager

Μοντέλα AMOLA: Ανάλυση Συστήματος (συνέχεια) Το Μοντέλο Ρόλων

(SRM) βασίζεται στο Gaia roles model

And its metamodel definition

Role: Personal AssistantCapabilities and Protocols:learn user habits, request new meeting: personal assistant, …Activities:learn user preference, update user preferences, …Liveness:personal assistant = request new meeting || learn user habitslearn user habits = learn user preference. update user preferences…


Όπου η γραμματική για τις φόρμουλες ορίζεται με BNF:

liveness → { formula } formula → leftHandSide = expression leftHandSide → string expression → term | parallelExpression | orExpression | sequentialExpression parallelExpression → term || term || … || term orExpression → term | term | … | term sequentialExpression → term . term . … . term term → basicTerm | (expression) | [expression] | term* | term+ | termω | |termω|number basicTerm → string number → digit | digit number digit → 1 | 2 | 3 | … string → letter | letter string letter → a | b | c | …

Η σημασία των συμβολισμών


Operator Interpretationx . y x followed by yx | y x or y occursx* x occurs 0 or more timesx+ x occurs 1 or more timesx ω x occurs infinitely often[x] x is optional

x || y x and y interleaved|x ω|n x occurs infinitely often n

times in parallel

AMOLA: Φάση Σχεδίασης inter και intra-agent control

Μεταμοντέλο:


Τα μοντέλα δια (EAC) και ενδο-πρακτορικού ελέγχου (IAC) βασίζονται στο διάγραμμα καταστάσεων

Βασισμένο στον τυπικό ορισμό ενός διαγράμματος καταστάσεων:

Definition 3.7. A statechart is a tuple (L, δ) where:

L = (S, λ, Var, Name, Activity) is an ordered rooted tree structure representing the states of the statechart.

S⊆ℕ* is the set of all nodes in the tree.

λ: S {AND, OR, BASIC, START, END, CONDITION} is a mapping from the set of nodes to labels giving the type of each node. For l∈S let AND(l) denote that λ(l)=AND. Similarly OR(l) denotes that λ(l)=OR and the same holds for all labels. START and END denote those nodes without activity, which exist so that execution can start and end inside OR-states. BASIC corresponds to a basic state. A condition state is denoted as CONDITION. START, END, BASIC and CONDITION nodes are leaves of L.

Var is a mapping from nodes to sets of variables. var(l) stands for the subset of local variables of a particular node l.

Name is a mapping from nodes to their names. name(l) stands for the name of a particular node l.

Activity is a mapping from nodes to their algorithms in text format implementing the processes of the respective states. activity(l) stands for the algorithm of a particular state that is represented by node l.

δ ⊆ S × TE × S is the set of state transitions, where TE is a set of transitionExpression

elements.

Τέτοιοι ορισμοί είναι αναγκαίοι για τον ορισμό εργαλείων CASE (Computer-aided software engineering)


Μεθοδολογία ASEME

Ορίζεται σύμφωνα με το Μεταμοντέλο Περιγραφής Διαδικασιών Ανάπτυξης Λογισμικού SPEM (Software Process Engineering Metamodel) της OMG

Συμβολισμοί:


Οι Μετασχηματισμοί στην ASEME Οι μετασχηματισμοί είναι πλήρως

αυτοματοποιημένοι Το μοντέλο μιας προηγούμενης φάσης

μετασχηματίζεται σε ένα αρχικό μοντέλο της επόμενης φάσης (initial model)

Ο μηχανικός επεξεργάζεται και ραφινάρει το αρχικό μοντέλο δημιουργώντας την τελική έκδοση (refined model)


ASEME: Φάση Ανάλυσης Απαιτήσεων


Requirements Analysis

Define goals

Requirementsdocument

Define actors Define requirements for each goal

SAG RPG

Firm Representative

Business Consultant

Δημιουργία και Επεξεργασία του Μοντέλου Δραστών-Στόχων (SAG)

Meetings Manager

Personal Assistant

Request new

meeting

Learn user

habits


ASEME: Φάση Ανάλυσης Συστήματος

Refine use cases

SAG2SUC Define Functionalities

SUC2SRMDefine agent interaction protocols

SAG

RPG

AIP

SRMSUC FT

Define the Liveness formulas

Analysis

Analyst


Ο μετασχηματισμός SAG 2 SUC

Meetings Manager

Personal Assistant

Request new

meeting

Learn user

habitsMeetings Manager

Personal Assistant

Request new meeting

Learn user habits


Επεξεργασία του μοντέλου SUC

Meetings Manager

Personal Assistant

Request new meeting

Learn user habits

Send new request

Receive new results

Update user preferences

Learn user preference

Send new results

Receive new request

<<include>>

<<include>>

<<include>>

<<include>>

<<include>>

<<include>>


Ο μετασχηματισμός SUC 2 SRM

Meetings Manager

Personal Assistant

Request new meeting

Learn user habits

Send new request

Receive new results



Send new results

Receive new request

<<include>>

<<include>>

<<include>>

<<include>>

<<include>>

<<include>>


Ο μετασχηματισμός SUC 2 SRM

Personal Assistant

<<include>>

<<include>>

<<include>>

<<include>>

Role:Capabilities and Protocols:

Activities:

Personal Assistant

Learn user habits

Request new meeting

Learn user habits

Send new request

Receive new results



Request new meeting

Send new request

Receive new results




Εκλέπτυνση SRMRole: Personal AssistantCapabilities and Protocols:manage meetings, learn user habits,negotiate meeting date, request change meeting, request new meetingActivities:get user request, read schedule, show results,learn user preference, update user preferences,send change request, receive change results, send new request, receive new results,receive proposed date, decide response, send results, receive outcome, update scheduleLiveness:personal assistant = ?manage meetings = get user request ? read schedule ? request change meeting ? request new meeting? show resultslearn user habits = learn user preference ? update user preferencesrequest new meeting = send new request. receive new resultsrequest change meeting = send change request. receive change resultsnegotiate meeting date = receive proposed date. (decide response. send results. receive outcome)+ ? update schedule


Request new meeting Negotiate meeting date

Participants Personal Assistant Meetings Manager Personal Assistant Meetings Manager

Rules for engaging

He needs to create a meeting

- He needs to create or participate to a meeting

He has a meeting with more than one participants that has no date assigned to it

Outcomes He has received a confirmation of the meeting creation

- He has scheduled participation to a meeting

He has arranged a meeting that met all the participants needs

Process request new meeting = send new request. receive new results

request new meeting = receive new request. send new results

negotiate meeting date = receive proposed date. (decide response. send results. receive outcome)+

negotiate meeting date = (decide on date. send proposed date. receive results)+. send fixed date.

Εκλέπτυνση SRMRole: Personal AssistantCapabilities and Protocols:manage meetings, learn user habits,negotiate meeting date, request change meeting, request new meetingActivities:get user request, read schedule, show results,learn user preference, update user preferences,send change request, receive change results, send new request, receive new results,receive proposed date, decide response, send results, receive outcome, update scheduleLiveness:personal assistant = (manage meetings. learn user habits)ω || (negotiate meeting date)ω

manage meetings = get user request. (read schedule | request change meeting | request new meeting). show resultslearn user habits = learn user preference. update user preferencesrequest new meeting = send new request. receive new resultsrequest change meeting = send change request. receive change resultsnegotiate meeting date = receive proposed date. (decide response. send results. receive outcome)+. update schedule


ASEME: Φάση Σχεδίασης

Define inter-agent control model

Define intra-agent control model

Define components

Available Message Types

Ontology Declarative or procedural knowledge

RPGAIP

EAC

SRM

IAC

FT

Design

Designer

Gaia operators transformation templates

Define transition expressions

Define ontology

RPG

Define messages performatives

AIP2EAC

OntologyAvailable message types

AIP

EAC

Designer

Define inter-agent control model

EAC

Ontology

Gaia operators transformation templates

Define transition expressions

RPG

Import transition expressions from the inter-

agent control model

SRM2IAC

IAC

SRM

Designer

Define intra-agent control model


Μετασχηματισμός SRM 2 IACLiveness:

personal assistant = (manage meetings. learn user habits)ω || (negotiate meeting date)ω

learn user habits = learn user preference. update user preferences

learn user habits

manage meetings

update user preferences

learn user preference

negotiate meeting date

x || y

x

y

xω SxSx

x . y Sx

Sy

Sx

Sy

L.2...

L

xωOR

x

L.1START

L.2

x.yOR

L.2.3...y

L.2.2...x

L.2.1START

L.2.4END


Μετασχηματισμός IAC 2 JADEFor each node in S If node is root then create Agent class Else if λ(node)=”BASIC” then create a SimpleBehaviour Else if λ(node)=”AND” then create a ParallelBehaviour (|| gaia op.) Else if sons(node).size() = 2 and there exists transitionExpression x | (node.2, x,

node.2) belongs to δ then create a CyclicBehaviour (ω gaia op.) Else if sons(node).size() = 3 and there exists transitionExpression x | (node.2, x,

node.2) belongs to δ then create a SimpleBehaviour (+ gaia op.) Else if there exists x belongs to sons(node) | λ(x)=CONDITION then If sons(node).size() = 4 then create a SimpleBehaviour (* gaia op.) Else create a SequentialBehaviour (| gaia op.) End if Else create a SequentialBehaviour (. gaia op.) End ifEnd for


Δια και ενδο-πρακτορικός έλεγχος Ο δια-πρακτορικός έλεγχος (EAC) είναι ένα διάγραμμα

καταστάσεων το οποίο ορίζει την παράλληλη συμπεριφορά δύο ή περισσοτέρων πρακτόρων

Ο ενδο-πρακτορικός έλεγχος (IAC) συντονίζει τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ικανοτήτων ενός πράκτορα

Κάθε ρόλος σε ένα μοντέλο EAC μπορεί να ενσωματωθεί σε ένα IAC και μπορεί να εκλεπτυνθεί: Μετατρέποντας μια κατάσταση σε πολύπλοκη κατάσταση

(superstate) με υπο-καταστάσεις (substates) Προσθέτοντας καταστάσεις των οποίων οι μεταβάσεις δεν έχουν

συνθήκες αμέσως μετά το START state (αρχικοποίηση) ή πριν το END (αποθήκευση αποτελέσματος)

Το IAC επιτρέπει την παράλληλη εκτέλεση πολλών δια-πρακτορικών πρωτοκόλλων


personal assistant

learn user habits



manage meetings

show results

get user request

request new meeting

send new request

receive new results

request change meeting

send change request

receive change results

read schedule

c

negotiate meeting date

Ενσωματώνοντας ένα μοντέλο EAC σε ένα μοντέλο IAC


Υπο-διάλογοι (sub-dialogs)personal assistant

learn user habits



manage meetings

show results

get user request

request new meeting

send new request

receive new results

request change meeting

send change request

receive change results

read schedule

c

negotiate meeting datereceive

proposed date

update schedule

decide response

send results

receive outcome

provide schedule

information

receive schedule request

read schedule

send schedule


Ενσωματωμένοι διάλογοι (embedded

dialogs)Request for Services

service provider (sp) service requester (sr)

receive request

message

Request(sr,sp,request)/t1 = 10000

send request

message

process request

Request(sr,sp,request)/t2 = 10000

request ≠�∅

receive response message

Inform(sp,sr,results) ∨Refuse(sp,sr,results) ∨ Failure(sp,sr,results) ∨

timeout(t1) = True

send response message

Inform(sp,sr,results) ∨ Refuse(sp,sr,results) ∨

Failure(sp,sr,results)

cresults ≠�∅

timeout(t2) = True

request for services SP

request for services SPω … 10 times

broker

receive request

message

send response message

process request

cservice match

invoke data management

request for services SR

receive message

send message

c

c


Μετασχηματισμός IAC σε μοντέλο διαδικασίας (process model) Εμπειροτεχνική μέθοδος για τον μετασχ/σμό

ενός IAC σε μοντέλο διαδικασίας Βοηθάει στην επαλήθευση, προσομοίωση και

βελτιστοποίηση (ASK-IT project)


Εμπειρικά αποτελέσματα εφαρμογής ASEME με τις τεχνολογίες JADE (target agent platform) Rhapsody (CASE tool, target java platform) Eclipse (integrated development environment) EMF – ecore (metamodel definition) OMG MOF (XMI representation of models) OMG HUTN (free text model representation) ATL (M2M transformation) Epsilon (T2M transformation) Xpand (M2T transformation) Micro Saint (process validation and optimization)


Δουλεύοντας το μοντέλο SAG


Μετασχηματισμός M2M


Μετασχηματισμός M2M (συνέχεια)


Το πλάνο του μετασχηματισμού


Ecore.ecore

SUC.ecore

SAGModel.xmi

ATLSAG.ecore

SUCModelInitial.xmi

SAG2SUC.atl

M2M

XMI: XML Metadata Interchange

Μετασχηματισμός T2M


Μετασχηματισμός M2T


Μετασχηματισμός M2T - JADE


Μετασχηματισμός M2T–Market miner


Συμπεράσματα

Η ASEME (μαζί με την AMOLA) είναι μια οδηγούμενη από μοντέλα μεθοδολογία ανάπτυξης συστημάτων πρακτόρων η οποία: Ξεκινάει από την ανάλυση απαιτήσεων και φτάνει στην

δημιουργία του κώδικα Ενσωματώνει τους ρόλους των πρακτόρων σε

διάφορα πρωτόκολλα στις ικανότητες ενός πράκτορα χρησιμοποιώντας ένα κοινό φορμαλισμό (statechart)

Έχει επαληθευτεί εμπειρικά με δύο εφαρμογές σε πραγματικά συστήματα και μία σαν παράδειγμα για την αντιπαράθεσή της με άλλες αντίστοιχες μεθοδολογίες


Μελλοντικές Επεκτάσεις Δημιουργία καλύτερων γραφικών εργαλείων στο eclipse για την υποστήριξη των

φάσεων ανάπτυξης Βελτίωση του αυτόματα δημιουργούμενου κώδικα για το JADE, ενσωμάτωση

περισσότερης πληροφορίας από τις εκφράσεις μετάβασης, ενσωμάτωση σε περιβάλλον OSGi

Αυτοματοποίηση του μετασχηματισμού του IAC σε process model (επιλογή ανάμεσα από XPDL, BPMN, ??)

Ανάλυση απόδοσης σε μεγάλης κλίμακας συστήματα Συστηματική συλλογή και επεξεργασία εμπειρικών αποτελεσμάτων

χρήσης της ASEME και σύγκριση με άλλες μεθοδολογίες ίσως στα πλαίσια κάποιου μεταπτυχιακού μαθήματος

Δυνατότητα του πράκτορα να εκμεταλλευτεί την πληροφορία της λειτουργίας του IAC στο run-time (σύγχρονος χώρος έρευνας: models@runtime) για να εμφανίσει ικανότητα αυτό-ελέγχου (self-assessment) και αυτο-επισκευής (self-healing) (σύγχρονος χώρος έρευνας: autonomic systems)

Εξελικτικές Μέθοδοι στα statecharts για προσαρμοστικότητα (σύγχρονος χώρος έρευνας: adaptive systems)


Βρείτε περισσότερες πληροφορίες Στην διατριβή μου Σε δημοσιευμένα άρθρα σε AAIJ 06, EUMAS 07,

IAT 08, AIMSA 08, AIAI 09 (submitted extended version for JEIS), PRIMA 09

Στο http://users.isc.tuc.gr/~nispanoudakis Ή μέσω ηλ. ταχ/μείου στο [email protected]


Ευχαριστώ για την προσοχή σας!!!

ASEME: Φάση Ανάλυσης ΣυστήματοςΠίνακας Λειτουργιών (στο SRM)

Capabilities Activities Functionalities

communicate

invoke OSGi service

send message

<decomposition> <uses>Legend:

get user coordinates

service user

machine learning

MIDP record technology

JADE FIPA AMSreceive message

learn user habits

request for services

present information to the user


search broker JADE FIPA DF


get user preferences

Human-Machine Interface (HMI)

get user order

handle dangerous situation

invoke heart rate service

determine user condition algorithm


An instance of the community


Documents

THE AGENT SYSTEMS ENGINEERING METHODOLOGY (ASEME)