Implementando os SMA
Viviane Torres da Silva
[email protected]
http://www.ic.uff.br/~viviane.silva/isma
Motivação

Motivação: Como implementar as entidades de um SMA (agentes,
organizações, objetos, ....)?
– Não existe uma linguagem de programação para SMA que possibilite
implementar todas as características dos agentes

Objetivo: propor frameworks e plataformas que se baseiem em linguagens
de implementação já conhecidas
– Linguagens OO

Solução: frameworks e plataformas baseados em Java
– ASF, Jade, Jadex, Jack, ASF, Jason, ....
Arquitetura BDI
Arquitetura abstrata para implementação de SMA
Arquitetura BDI

Modelo proposto por Bratman em 1987

Modelo consiste de:
– Beliefs: crenças
– Desire: desejos ou objetivos
– Intetions: intenções ou planos

Arquitetura BDI proposta por Rao e Georgeff em 1995
– É uma arquitetura abstrata
Arquitetura BDI
FIPA (Foundation for Inteligent Physical Agents)
ISMA
Viviane Torres da Silva
FIPA

FIPA: propõe padrões para organizar os agentes e os sistemas
multi-agente
FIPA: Agent Management

Agent Platform (AP): plataforma onde o agente executa
– Estrutura física onde o agente se encontra
Service
FIPA: Agent Management

Directory Facilitator (DF): provê um serviço de páginas
amarelas para os agentes.
– cada agente registra o serviço que oferece.

Agent Management System (AMS): controla o acesso e o uso
da plataforma
– só existe um por plataforma
– todo agente de uma AP precisa se registrar no AMS
– contém uma lista de endereços dos agentes registrados na plataforma
– oferece serviço de páginas brancas para conhecer os agentes registrados

Message Transport Service (MTS): serviço de comunicação
entre agentes de diferentes plataformas
FIPA: Agent Message Transport

Define as três possíveis formas de comunicação
– ACC : Agent Communication Channel (liga com a buferização da
mensagem, o endereçamento, a transferência, os erros, ...)
FIPA: Agent Message Transport
Envelope: detalhes do transporte
Payload: mensagem ACL comprimida
JADE
Java Agent Development Framework
http://jade.tilab.com/
JADE

Jade é um framework para o desenvolvimento de SMA

Atualmente na versão 4.3

Inclui:
– Um ambiente de execução onde os agentes JADE "vivem" e que deve
estar ativo em um host antes que um agente possa ser executado
– Uma biblioteca de classes que programadores podem usar para
desenvolver agentes
– Um conjunto de ferramentas gráficas que permite a administração e o
monitoramento das atividades dos agentes em execução
Conceitos Importantes

JADE deve ser utilizado para …
– implementar sistemas distribuídos
– agentes móveis

Contêiner
– Instância de um ambiente Jade
– É onde os agentes executam
– Ao iniciar o Jade, um MainContainer é criado

Plataforma
– Conjunto de contêineres ativos
Contêineres e Plataformas
Modelo FIPA

JADE segue o modelo de desenvolvimento da FIPA
Todo MainContainer tem um AMS e um DF

Agent Management System (AMS)

– Agente que exerce o controle sobre o acesso e o uso da plataforma
– Existe um único AMS por plataforma
– Mantém a lista de identificadores dos agentes (AID) que estão na
plataforma
– Todo agente deve se registrar no AMS

Directory Facilitator (DF)
– Oferece o serviço de páginas amarelas na plataforma
Classe Agent

Representa a classe base para a definição de agentes

Para o desenvolvedor, um agente Jade é uma instância de uma
classe Java que estende a classe Agent

Já oferece todas as interações básicas da plataforma (registro,
configuração, etc...)

Oferece um conjunto de métodos para a implementação do
comportamento do agente
Modelo Computacional do Agente

Um agente é multi-tarefa, onde os serviços são executados
concorrentemente

Cada serviço de um agente deve ser implementado como um
ou mais comportamentos

A classe Agent oferece um scheduler (não acessível ao
programador) que gerencia automaticamente o agendamento
dos comportamentos
O Ciclo de Vida de um Agente I/III
O Ciclo de Vida de um Agente II/III

Iniciado
– O objeto agente é criado, mas ainda não se registrou no AMS, i.e. não
possui um identificador e não pode se comunicar com outros agentes

Ativo
– O objeto agente está registrado no AMS, possui um identificador e pode
executar seus serviços

Suspenso
– O objeto agente está parado, i.e. sua thread interna está suspensa e o
agente não está executando serviço algum
O Ciclo de Vida de um Agente III/III

Esperando
– O agente está bloqueado, esperando por algum evento, i.e. sua thread
interna está dormindo e será acordada quando uma condição se tornar
verdadeira

Removido
– O agente terminou sua execução, i.e. sua thread interna acabou sua
execução e o agente não está mais registrado no AMS

Em Trânsito
– Um agente móvel entra neste estado quando está migrando para um
novo local (contêiner). O sistema continua a armazenar as mensagens
enviadas a este agente, que lhe serão passadas quando ele estiver no
novo local
Criando um agente Jade

Jade gerencia a criação de um novo agente com os seguintes
passos

O construtor do agente é executado
– O agente recebe um identificador do AMS
– Ex: agente@localhost:1099/JADE
• nomeAgente @ nomePlataforma : numeroPorta / JADE
– Entra no estado Ativo

É executado o método setup()
– Método responsável por inicializar os comportamentos do agente
Destruindo um agente Jade

Mesmo que não esteja fazendo coisa alguma, o agente continua
ativo

Para terminar um agente, deve-se executar o método
doDelete() que chama o método takeDown() (pode ser
reimplementado)
– Serve para remover todas as referências ao agente da plataforma
Classe Behaviour

Todas as tarefas dos agentes são executadas por meio de
"comportamentos"

Um comportamento é um objeto da classe Behaviour

O agente adiciona um comportamento com o método
addBehaviour(X)

Comportamentos podem ser adicionados a qualquer momento
com o método removeBehavior(X)
Classe Behaviour

Método action()
– Método que define as operações que são executadas quando o
comportamento está em execução

Método done()
– Método que especifica se um comportamento foi completado e deve ser
removido do pool de comportamentos que um agente está executando
Hierarquia de comportamentos I/II

Comportamentos Simples
– Modelam os comportamentos atômicos
– OneShotBehaviour: modela comportamentos que só devem executar
uma vez e que não podem ser bloqueados (parar o comportamento até
que algum evento ocorra)
– CyclicBehaviour: Modela comportamentos atômicos que devem ser
executados eternamente

Comportamentos Compostos
– Modelam comportamentos que são compostos de outros
comportamentos.
– As operações que devem ser executadas não estão definidas neste
comportamento em si, mas nos comportamentos filhos que o compõem
– SequentialBehaviour, ParallelBehaviour e FSMBehaviour
Hierarquia de comportamentos II/II

Comportamentos compostos
– SequentialBehaviour: Executa seus sub-comportamentos
seqüencialmente e termina quando todos estes estiverem terminados
– ParallelBehaviour: Executa seus sub-comportamentos concorrentemente
e termina quando uma condição particular sobre o conjunto de subcomportamentos é alcançada
– FSMBehaviour: Executa seus sub-comportamentos como uma Máquina
de Estados Finita (FSM). Quando uma tarefa acaba, sua saída é usada
para se calcular a transição para a próxima tarefa. O comportamento
termina quando uma tarefa final é executada
Comportamentos Especiais

WakerBehaviour
– Comportamento que espera um determinado período de tempo (em ms)
para efetivamente executar a tarefa

TickerBehaviour
– Comportamento que executa uma tarefa periodicamente em intervalos
de tempo constantes (em ms). Este comportamento nunca acaba
Comunicação entre os agentes
I/III

A comunicação é assíncrona e utiliza FIPA ACL

Os objetos enviados são instâncias de ACLMessage

Para enviar uma mensagem se chama o método send()
ASF Framework
Agent Society Framework
ASF: Agent Society Framework

Objetivo: dar suporte a implementação de agentes,
organizações, papéis e ambiente

Como implementar ...
– as entidades,
– suas propriedades,
– seus relacionamentos,
– a interação entre as entidades e
– a execução interna das entidades
Framework OO

É orientado a um domínio de aplicações
– Captura os conceitos gerais de um domínio

Define um conjunto de classes relacionadas capazes de gerar
diferentes aplicações em um mesmo domínio

Classes são reutilizadas ou estendidas para implementar uma
determinada aplicação
– Define partes que são fixas, i.e., não podem ser estendidas
– Define partes que são flexíveis, i.e, podem ser estendidas
Entidades

Objetos
– Atributos e métodos

Agentes
– Objetivos, crenças, planos e ações

Organizações
– Objetivos, crenças, planos, ações e axiomas

Papel de agente
– Objetivo, crença, deveres, direitos e protocolos

Papel de objetos
– Atributos e métodos

Ambiente
– Atributos e métodos
Aspectos Estruturais do ASF

Fornece um conjunto de módulos que devem ser estendidos
para implementar a aplicação

Cada módulo representa uma entidade do SMA

Instanciação da aplicação:
– para implementar uma classe de agente da aplicação estende-se o
módulo Agent
– para implementar uma classe de organização da aplicação estende-se o
módulo Organization
– ...
Agente

Classe Agente
– Thread (entidade autônoma)

Classe Mensagem
– Enviadas e recebidas

Classe Objetivo
– Nome, tipo, valor
– Está associado a planos que podem ser alcançar o objetivo

Classe Crença
– Nome, tipo, valor
Agente

Classe Plano
– Define uma ordem de execução de um conjunto de ações
– Está relacionado a goals que pode atingir

Classe Ação
– Define a execução interna do agentes (entidade adaptativa)
– Possui pré e pós-condições

Tem que existir ao menos uma instância de agente
Módulo Agent
Organização

Organização
– Thread (entidade autônoma)

Classe Main-organization
– Não desempenha papéis
– Pode definir sub-organizações

Classe (Sub-)Organization
– Desempenha papéis em organizações
– Pode definir sub-organizações


Goals, beliefs, plans, actions and messages
Axiom:
– Nome, tipo, valor

Tem que existir ao menos uma instância da organização principal
Módulo Organization
Role de Agente

Classes Goals, Beliefs

Classe Duty
– Define ações que são obrigações

Classe Right
– Define ações que são direitos

Classe Protocol
– Define ordem de envio e recebimento de mensagens

Tem que existir ao menos uma instância desempenhada por um
agente
Módulo Agent Role
Módulo Object Role


Atributos
Métodos
Módulo Environment

Tem que existir ao menos uma instância de ambiente donde
estará a organización principal e os agentes
Relação entre as entidades
Estrutura
do ASF
ISMA
Viviane Torres da Silva
Exemplo
Jason
Com base nas transparências de Rafael Bordini
ISMA
Viviane Torres da Silva
Jason

Jason implements the operational semantics of a variant of
AgentSpeak

Has various extensions aimed at a more practical programming
language (e.g. definition of the MAS, communication, ...)

Highly customized to simplify extension and experimentation

Developed by Jomi F. Huner and Rafael H. Bordini
ISMA
Viviane Torres da Silva
Main Language Constructs and Runtime Structures
Beliefs: represent the information available to an agent (e.g.
about the environment or other agents)
 Goals: represent states of affairs the agent wants to bring about
 Plans: are recipes for action, representing the agent's knowhow



ISMA
Events: happen as consequence to changes in the agent's
beliefs or goals
Intentions: plans instantiated to achieve some goal
Viviane Torres da Silva
Main Architectural Components

Belief base: where beliefs are stored

Set of events: to keep track of events the agent will have to
handle

Plan library: stores all the plans currently known by the agent

Set of Intentions: each intention keeps track of the goals the
agent is committed to and the courses of action it chose in
order to achieve the goals for one of various foci of attention
the agent might have
ISMA
Viviane Torres da Silva
Jason Interpreter: Bacis Reasoning cycle
Perceive the environment and update belief base
 Process new messages
 Select event
 Select relevant plans (plans trigerred by the event)
 Select applicable plans (plans which condictions are true)
 Create/update intention
 Select intention to execute

ISMA
Viviane Torres da Silva
Jason Reasoning Cycle
ISMA
Viviane Torres da Silva
Beliefs


Beliefs are represented by annotated literals of rst order logic
functor(term1, ..., termn)[annot1, ..., annotm]
Examples:
 red(box1)
 lier(alice)



ISMA
friend(bob,alice)
~lier(bob)[source(self)]
Adding beliefs: +lier(alice)
Removing beliefs: -lier(john)
.send(tom,tell,lier(alice))
.send(tom,untell,lier(alice))
Viviane Torres da Silva
Goals

Types of goals:
– Achievement goal: goal to do
– Test goal: goal to know

Adding goals:
– !write(book)
– ?lier(john)

!write(book)
?lier(john)
.send(tom,achieve,write(book));
.send(tom,askOne,lier(john),Answer);
Removing goals:
– .send(tom,unachieve,write(book))
ISMA
Viviane Torres da Silva
Trigerring Events



Events happen as consequence to changes in the agent's beliefs
or goals
An agent reacts to events by executing plans
Types of plan triggering events
+b (belief addition)
-b (belief deletion)
+!g (achievement-goal addition)
-!g (achievement-goal deletion)
+?g (test-goal addition)
-?g (test-goal deletion)
ISMA
Viviane Torres da Silva
Plans

An AgentSpeak plan has the following general structure:
triggering event : context <- body.
where:
 the triggering event denotes the events that the plan is meant to
handle
 the context represent the circumstances in which the plan can
be used
 the body is the course of action to be used to handle the event
if the context is believed true at the time a plan is being chosen
to handle the event

ISMA
Viviane Torres da Silva
Plans - Example
+green patch(Rock)[source(percept)]
: not battery charge(low)
<- ?location(Rock,Coordinates);
!at(Coordinates);
!examine(Rock).
+!at(Coords)
: not at(Coords) & safe path(Coords)
<- move towards(Coords);
!at(Coords).
+!at(Coords)
: not at(Coords) & not safe path(Coords)
<- ...
+!at(Coords) : at(Coords).
ISMA
Viviane Torres da Silva
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ISMA
Viviane Torres da Silva