物流信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)的映射研究

文/鐘海銘 李中學(xué) 王?？?/p>

物流信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)的映射研究

文/鐘海銘 李中學(xué) 王?？?/p>

對(duì)體系思維指導(dǎo)下的多Agent系統(tǒng)建設(shè)進(jìn)行研究和探索，提出將體系結(jié)構(gòu)技術(shù)與Agent技術(shù)相結(jié)合，研究了體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射問(wèn)題的來(lái)源及其映射方法，為未來(lái)物流信息系統(tǒng)的發(fā)展提供了很好的建設(shè)思路。

結(jié)構(gòu)產(chǎn)品；Agent；映射

為了解決物流過(guò)程中的數(shù)據(jù)共享問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的互連、互通、互操作，國(guó)內(nèi)外眾多物流專(zhuān)家和信息化專(zhuān)家開(kāi)始研究運(yùn)用體系結(jié)構(gòu)方法從頂層規(guī)劃物流信息系統(tǒng)的建設(shè)。同時(shí)，Agent技術(shù)在物流領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，利用Agent的特性來(lái)求解物流信息系統(tǒng)的復(fù)雜性和適應(yīng)性已成為可能。本文的研究正源于此，是對(duì)體系思維指導(dǎo)下的多Agent系統(tǒng)建設(shè)的研究和探索。本文提出將體系結(jié)構(gòu)技術(shù)與Agent技術(shù)相結(jié)合，研究了體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射問(wèn)題的來(lái)源及其映射方法，為未來(lái)物流信息系統(tǒng)的發(fā)展提供了很好的建設(shè)思路。

1.體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射問(wèn)題的提出

1.1 體系結(jié)構(gòu)在物流信息系統(tǒng)中的重要作用

體系結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)組成部分的結(jié)構(gòu)、它們之間的關(guān)系，以及指導(dǎo)它們?cè)O(shè)計(jì)和隨時(shí)間演化的原則和指南。系統(tǒng)需求的不斷變化，軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的復(fù)雜性和適應(yīng)性問(wèn)題對(duì)信息系統(tǒng)提出了新的要求。對(duì)于這類(lèi)復(fù)雜信息系統(tǒng)，研發(fā)的時(shí)間周期長(zhǎng)，且牽涉的利益相關(guān)者多，投入的資金大，為了確保整個(gè)項(xiàng)目的順利完成，保證系統(tǒng)的功能需求和質(zhì)量需求，在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)能夠滿(mǎn)足系統(tǒng)需求，解決這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵是采用體系結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)。

體系結(jié)構(gòu)是對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)的一種抽象，通過(guò)在高層次上定義系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及其交互關(guān)系，隱藏系統(tǒng)部件的局部細(xì)節(jié)信息，提供了一種理解、管理復(fù)雜系統(tǒng)的機(jī)制。高層次的系統(tǒng)設(shè)計(jì)抽象使得對(duì)系統(tǒng)的表述變得簡(jiǎn)單化，具有很強(qiáng)的傳遞信息能力。其次，體系結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)早期設(shè)計(jì)決策的體現(xiàn)，是系統(tǒng)建設(shè)的藍(lán)圖，為系統(tǒng)的利益相關(guān)者提供了相互交流的手段，指導(dǎo)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與集成，便于從總體上分析、理解、比較系統(tǒng)。最后，體系結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)中的各子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互連、互通、互操作成為可能，物流信息系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)規(guī)模龐大，內(nèi)含的子系統(tǒng)數(shù)量多，采用體系結(jié)構(gòu)從頂層設(shè)計(jì)了子系統(tǒng)之間的接口及互連的條件，為系統(tǒng)滿(mǎn)足功能需求和質(zhì)量需求提供了前提條件。目前，學(xué)者們提出采用體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行物流信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)，并制定體系結(jié)構(gòu)框架來(lái)規(guī)范其描述，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間的互連、互通、互操作。他們基于美國(guó)的國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架，從業(yè)務(wù)、系統(tǒng)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)三個(gè)方面研究并建立了物流信息系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)視圖產(chǎn)品。這些產(chǎn)品從多個(gè)方面概述了物流信息系統(tǒng)的需求，是獲取系統(tǒng)需求的有效工具。

1.2 物流領(lǐng)域中多Agent技術(shù)的應(yīng)用

Agent技術(shù)的迅猛發(fā)展及其廣泛應(yīng)用使越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到采用Agent技術(shù)使復(fù)雜信息系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)成為可能，并能夠有效地解決系統(tǒng)復(fù)雜性和適應(yīng)性的問(wèn)題。Agent本身具有一定程度的感知、推理、學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和協(xié)作能力，能夠靈活、自主地采取行動(dòng)以滿(mǎn)足實(shí)際目標(biāo)。而多Agent技術(shù)是在單Agent技術(shù)基礎(chǔ)之上，為適應(yīng)分布式系統(tǒng)研究而發(fā)展起來(lái)的。眾所周知，處理大型、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題最有效的方法就是“問(wèn)題分解”，將其不斷分解成若干個(gè)復(fù)雜度較低、規(guī)模較小的子問(wèn)題，并通過(guò)分析子問(wèn)題之間的關(guān)系、求解子問(wèn)題，最終得出原問(wèn)題的解。多Agent技術(shù)提供了為實(shí)現(xiàn)這種復(fù)雜問(wèn)題求解方法的能力。物流領(lǐng)域是一個(gè)以不確定性為主要特征的極富挑戰(zhàn)性的領(lǐng)域，它需要能夠及時(shí)應(yīng)對(duì)和處理動(dòng)態(tài)性的需求變化，并能夠提供快捷、高效的物流服務(wù)。眾多研究已將多Agent技術(shù)引入了物流領(lǐng)域，并根據(jù)特定的信息系統(tǒng)功能需求建立系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，使物流信息系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。

1.3 體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射研究的意義

體系結(jié)構(gòu)從物流信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)的高度保證了系統(tǒng)的互連、互通、互操作，規(guī)劃了整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)。多Agent系統(tǒng)則從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)考慮整個(gè)信息系統(tǒng)的構(gòu)建，是從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度來(lái)考慮的。體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品是對(duì)信息系統(tǒng)的描述，但并不是真正可運(yùn)行的系統(tǒng)。產(chǎn)品除了指導(dǎo)系統(tǒng)構(gòu)建人員如何構(gòu)建這些系統(tǒng)外，最好能夠直接或間接的利用產(chǎn)品來(lái)構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)。因而，體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射其實(shí)就是如何利用產(chǎn)品來(lái)構(gòu)建整個(gè)Agent系統(tǒng)，通過(guò)建立產(chǎn)品與Agent之間的聯(lián)系，明確產(chǎn)品要素與Agent系統(tǒng)之間的關(guān)系，為體系思維指導(dǎo)下的多Agent系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成為可能。

2.體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射的方法

體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品對(duì)信息系統(tǒng)的各個(gè)方面進(jìn)行了頂層描述，是獲取系統(tǒng)需求的有效工具，而多Agent系統(tǒng)則是從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度描述了系統(tǒng)的組成方式，因而產(chǎn)品向Agent系統(tǒng)的映射實(shí)質(zhì)上是系統(tǒng)需求模型向系統(tǒng)設(shè)計(jì)的映射，利用產(chǎn)品的相關(guān)要素去構(gòu)建多Agent系統(tǒng)。多Agent系統(tǒng)是由多個(gè)相互合作的自主Agent所構(gòu)成，它們之間采用特定的協(xié)議進(jìn)行通信，并且通過(guò)復(fù)雜協(xié)同與合作來(lái)共同完成對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的求解。到目前為止研究人員已經(jīng)提出了近20種多Agent系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法，根據(jù)這些方法所依賴(lài)的理論基礎(chǔ)與技術(shù)背景可以分為基于知識(shí)工程、基于對(duì)象技術(shù)和基于角色模型三種?；诮巧Ｐ偷拈_(kāi)發(fā)方法，其中比較有影響性的工作包括Wooldridge的Gaia方法、美國(guó)空軍研究所開(kāi)發(fā)的MASE方法、Bush等人開(kāi)發(fā)的Styx方法等，我們以此為基礎(chǔ)，將角色作為連接產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射的橋梁。具體過(guò)程如下：

(1)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向角色模型的映射

角色概念來(lái)自于社會(huì)學(xué)，其基本觀點(diǎn)是角色限定了個(gè)體的行為，角色之間的關(guān)系限定了系統(tǒng)中個(gè)體之間的交互，它主要用于刻畫(huà)和分析系統(tǒng)的需求。角色模型則用于描述系統(tǒng)中的角色以及這些角色間的通信路徑，確定并描述了角色交互實(shí)體的原型結(jié)構(gòu)。角色模型通過(guò)使用角色來(lái)組織系統(tǒng)需求，是系統(tǒng)問(wèn)題域分析的重要概念模型。體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品從多視圖的角度同樣也概述了系統(tǒng)需求，是多Agent系統(tǒng)需求的來(lái)源。因此，實(shí)現(xiàn)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向角色模型的映射是建立多A－gent系統(tǒng)的前提和基礎(chǔ)。

根據(jù)角色模型構(gòu)成的需要，我們需從產(chǎn)品中提取出構(gòu)建角色模型的相關(guān)要素，包括角色以及角色之間的交互方式。主要是通過(guò)業(yè)務(wù)視圖產(chǎn)品來(lái)構(gòu)建角色模型。具體來(lái)講，以使命任務(wù)為中心，將業(yè)務(wù)任務(wù)看作是系統(tǒng)須完成的目標(biāo)，構(gòu)建一個(gè)系統(tǒng)的目標(biāo)層次圖。然后從業(yè)務(wù)組織中提取出系統(tǒng)角色，建立產(chǎn)品與角色屬性之間的聯(lián)系，并通過(guò)業(yè)務(wù)活動(dòng)模型以及業(yè)務(wù)信息交換來(lái)獲取角色之間的交互方式，從而將體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品描述的需求轉(zhuǎn)換為角色組織的系統(tǒng)需求，為下一步實(shí)現(xiàn)角色模型向多Agent系統(tǒng)的映射奠定了基礎(chǔ)。

(2)角色模型向多Agent系統(tǒng)的映射

角色模型反映了多Agent系統(tǒng)的需求，是系統(tǒng)需求分析階段的概念模型，多Agent系統(tǒng)的設(shè)計(jì)則屬于系統(tǒng)求解域的問(wèn)題，角色模型向多Agent系統(tǒng)的映射其實(shí)就是如何將角色實(shí)例化為Agent個(gè)體，通過(guò)角色模型來(lái)獲得多Agent系統(tǒng)。

角色本身具有一定的屬性，但是它并不作為實(shí)體存在，它是Agent的抽象，角色之間的交互刻畫(huà)了社會(huì)行為，但是角色的執(zhí)行依賴(lài)于Agent，Agent是系統(tǒng)中進(jìn)行感知和動(dòng)作的實(shí)體，角色的執(zhí)行必須通過(guò)它所綁定于的Agent的基本動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，我們需要根據(jù)實(shí)際情況將角色實(shí)例化為Agent，從而將角色的相關(guān)屬性轉(zhuǎn)化為Agent個(gè)體的自身屬性，將角色之間的交互轉(zhuǎn)換為Agent之間的通信，并確定Agent個(gè)體的體系結(jié)構(gòu)和角色與Agent之間的綁定機(jī)制，從而利用角色構(gòu)建多Agent系統(tǒng)，使得所構(gòu)建出來(lái)的系統(tǒng)能夠滿(mǎn)足互聯(lián)、互通、互操作的同時(shí)又能夠解決系統(tǒng)的復(fù)雜性和適應(yīng)性。

3.結(jié)束語(yǔ)

物流信息系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)的映射，是在結(jié)合體系結(jié)構(gòu)技術(shù)和Agent技術(shù)兩者優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，利用體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品來(lái)構(gòu)建多Agent系統(tǒng)。本文分析了體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射問(wèn)題的由來(lái)，并給出了產(chǎn)品向多Agent系統(tǒng)映射的方法，為未來(lái)物流信息系統(tǒng)發(fā)展提供了很好的建設(shè)思路。

后勤工程學(xué)院）