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Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 1/34
UNIVERSITY OF
PADERBORN
Projektgruppe KIMAS
Kommunikation in MAS
10.09.2003
Melanie Kirchner
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 2/34
UNIVERSITY OF
PADERBORNÜbersicht
Motivation
Grundlagen
Indirekte Kommunikation
Direkte Kommunikation
Adressaten
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 3/34
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PADERBORNÜbersicht
Motivation
Grundlagen
Indirekte Kommunikation
Direkte Kommunikation
Adressaten
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 4/34
UNIVERSITY OF
PADERBORNMotivation
Wieso Kommunikation?
• Mehrere Menschen haben dasselbe Ziel• Eingeborenen-Stamm sucht essen, und findet giftigen
Pilz• Ohne Kommunikation => viele essen ihn• Mit Kommunikation => keiner isst ihn
• Vorraussetzung für Koordination• Hausbau
• Erst Dach bauen, wenn die Wände stehen
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Motivation
Grundlagen
Indirekte Kommunikation
Direkte Kommunikation
Adressaten
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UNIVERSITY OF
PADERBORNGrundlagen
Was ist Kommunikation?
• Allgemein:Austausch von Informationen zwischen 2 oder mehreren Kommunikationspartnern
• Technik:Austausch oder Weiterleitung von Daten und Information
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PADERBORNGrundlagen
Wie funktioniert Kommunikation?• Kommunikationstheorie nach Shannon and Weaver:
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PADERBORNGrundlagen
Arten der Kommunikation
• Indirekte Kommunikation• Es wird nicht direkt kommuniziert, sondern ein
Hilfsmittel benutzt (Blackboard, Umwelt)
• Direkte Kommunikation• 2 oder Mehrere tauschen sich ohne Hilfsmittel aus
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Motivation
Grundlagen
Indirekte Kommunikation
Direkte Kommunikation
Adressaten
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PADERBORNIndirekte Kommunikation
Blackboard - Systeme• Verschiedene Agenten arbeiten an
einem/mehreren Problem und kommunizieren dabei über eine gemeinsame Datenstruktur (Blackboard)
Stigmergy• Kommunikation durch Veränderungen in der
Umwelt• Qualitative Stigmergy• Quantitative Stigmergy
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PADERBORNBlackboard - System
Agenten• Unterschiedliche Fähigkeiten• Lesen/schreiben auf dem Blackboard• Leisten Beiträge zur Problemlösung• Evtl. Benachrichtigung, wenn Änderung im Blackboard
durch Dispatcher
Blackboard• Datenstruktur• Enthält Informationen zur Problemlösung
Kontrolleinheit• Steuert und koordiniert die Agenten
z.b. wer darf handeln, wer darf schreiben...
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 12/34
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PADERBORNBlackboard - System
Blackboard
Steinsucher Agent
Problem: Steine finden und zumBauplatz bringen
Steinholer Agent
Lese Blackboard
Lese Blackboard
Steine am Fluss
Steine am Fluss
Steine am BauplatzSteine am Bauplatz
suche
hole
Beispiel:
Gelöst!
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 13/34
UNIVERSITY OF
PADERBORNBlackboard – Systeme
Vorteile• Universell anwendbar, da keine Einschränkung der
Art der Probleme• Agenten unabhängig voneinander
=> leicht austauschbar
Nachteile• Kontrolleinheit evtl. als Flaschenhals bei vielen
Agenten im System
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 14/34
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PADERBORNStigmergy
Quantitative Stigmergy
• Bei Erhöhung des Reizes steigt die Wahrscheinlichkeit einer Reaktion darauf
• Steinsucher-Agent findet Stein => stellt Schild auf => Steinholer-Agent sieht Schild und geht vielleicht dorthin Steine holen, je mehr Schilder dort stehen, desto höher die Wahrscheinlichkeit
• Natur: Ameisen auf Futtersuche (Pheromonspur)
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 15/34
UNIVERSITY OF
PADERBORNStigmergy
Qualitative Stigmergy
• Art der Reizung bestimmt die Reaktion• Steinsucher-Agent findet Stein
=> stellt Schild mit einem Stein darauf auf => Steinholer-Agent wissen, wenn sie Schild sehen, dass es hier Steine gibt und holen sie
• Natur: Nestbildung der Papierwespe(je nach Umgebungsart wird etwas Neues gebaut)
In der Natur meist Mischung beider Arten
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Motivation
Grundlagen
Indirekte Kommunikation
Direkte Kommunikation
Adressaten
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PADERBORNDirekte Kommunikation
Austausch von Wissen und Informationen über ACL (Agent Communication Language)
Agenten brauchen dieselbe Sprache, um zu kommunizieren
Verschiedene Organisationen haben ACLs entwickelt• KSE • FIPA
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 18/34
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PADERBORNKSE
KSE (Knowledge Sharing Effort)
• Gegründet ca. 1990• Vereinigung verschiedener Universitäten und
anderen Forschungseinrichtungen• Verschiedene Arbeitsgruppen• Ziele:
• große Wissensbasen aufbauen und verwalten• Interaktion zwischen Wissensbasen• u.v.m.
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 19/34
UNIVERSITY OF
PADERBORNKSE
Die ACL des KSE besteht aus 3 Teilen
• Ontologie (Vokabular)• großes, nicht abgeschlossenes Wörterbuch• Beschreibt Objekte und deren Beziehungen
• Innere Sprache• Wissensaustausch zwischen Agenten• z.B. KIF, Prolog,...
• Äußere Sprache• Regelt die Kommunikation zwischen den Agenten• z.B. KQML
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 20/34
UNIVERSITY OF
PADERBORNKIF
Entwickelt von einer Gruppe des KSE Stellt den Inhalt von Wissensbeständen
dar, dazu werden die Wörter aus der Ontologie benutzt
Darstellung von• Fakten• Funktionen• Folgerungen• Glauben• Prozeduren• ...
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PADERBORNKIF
Beispiele
• Fakten(anzahlSteine steinholer-Agent 5)
• Funktionen(+1 2)
• Folgerungen(=> (> (anzahlSteine steinholer) 4 ) (status steinholer-Agent überladen))
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PADERBORNKQML
Entwickelt von einer Gruppe des KSE Standarisiertes Protokoll für den Austausch
von Informationen An keine Sprache für den
Wissensaustausch gebunden 3 Schichten
• Innere Schicht = Inhalt• Mittlere Schicht = wie ist Nachricht kodiert• Äußere Schicht = Kommunikationsschicht
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 23/34
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PADERBORNKQML
Syntax Syntax
(KQML-Performative:sender <word>:receiver <word>
:language <word>:ontology <word>
:content <expression>...)
• Performative typisieren die Nachricht• Bsp.KQML-Performative: tell, ask, inform, ...
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PADERBORNKQML
Beispiel
( inform:sender Steinhol-Agent_1:receiver Steinhol-Agent_2:language KIF:ontology Steinwelt:content (Status Steinhol-Agent_1 überladen)
)
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PADERBORNKQML
Beispiel KQML-Dialog
A B
Ask(X)
Tell(X)
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 26/34
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PADERBORNFIPA
FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents)
• 1996 gegründet• Ziel: Standarts für Agenten und
Agentensysteme• FIPA-ACL: Trennung zwischen innerer und
äußerer Sprache, wie bei der KSE-ACL• Semantik komplett mathematisch definiert• Syntax ähnlich wie KQML• Erweitert KQML an einigen Stellen
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 27/34
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PADERBORNFIPA
Beispiel
(inform:sender Steinhol-Agent_1:receiver Steinhol-Agent_2:language KIF:ontology Steinwelt:content (Status Steinhol-Agent_1 überladen):protocol fipa-contract-net
)
• Protocol beschreibt Kommunikationsmuster
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 28/34
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PADERBORNDirekte Kommunikation
Agenten brauchen gemeinsame Sprache (ACL)
KSE• KIF
• Innere Sprache• Wissensdarstellung
• KQML• Äußere Sprache• Regelt Kommunikation
FIPA• FIPA-ACL
• Äußere Sprache
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 29/34
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Motivation
Grundlagen
Indirekte Kommunikation
Direkte Kommunikation
Adressaten
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 30/34
UNIVERSITY OF
PADERBORNAdressaten
Singlecast• Ein Agent wird direkt adressiert
Agent 1 Agent 2
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 31/34
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PADERBORNAdressaten
Multicast• Eine Gruppe von Agenten, die an einer
bestimmten Stelle einen Kanal abhören werden angesprochen
Adresse 1 Adresse 2
Agent1
Agent5Agent4Agent3
Kanal
Agent2
Adresse 3
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PADERBORNAdressaten
Broadcast• Alle Agenten, die den Kanal abhören, werden
adressiert
Agent1
Agent2 Agent3 Agent4
Kanal
Adresse 1 Adresse 2
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 33/34
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PADERBORNAdressaten
Verschiedene Reichweiten
• Lokale Kommunikation• Auf bestimmten Ort beschränkt• Lokaler Broad-, Multi-, Singlecast• Nächsten x Nachbarn• Bsp.: Seminarraum der Uni
• Globale Kommunikation• Im ganzen System• Globaler Broad-, Multi-, Singlecast
Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 34/34
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PADERBORNQuellen
Jaques Ferber Multiagenten-Systeme, Eine Einführung in die
Verteilte künstliche Ingelligenz, Addison Wesley, 1997
Gerhard Weiss: Multiagent Systems - A Modern Approach to Distributed Artificial Intelligence, 1999 Massachusetts Institute of Technology
Spezifikation von KIFhttp://www.fipa.org/specs/fipa00010/XC00010C.html
Spezifikation von KQMLhttp://www.csee.umbc.edu/kqml/kqmlspec/spec.html
FIPA – Homepagehttp://www.fipa.org