JIAC-IV. Java-based Intelligent Agents Componentware. Toolkit zur Realisierung agentenbasierter Telekommunikationsanwendungen und Telematikdienste

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1 JIAC-IV Java-based Intelligent Agents Componentware Toolkit zur Realisierung agentenbasierter Telekommunikationsanwendungen und Telematikdienste Stefan Fricke

2 Gliederung Motivation Agenten JIAC-IV-Toolkit Zusammenfassung Stefan Fricke JIAC-IV 2

3 Motivation Gestaltung komplexer, verteilter Software-Systeme hohes Maß an Wiederverwendbarkeit Dienstgedanke einfache Komposition komplexer Dienste hohes Maß an Sicherheit und Flexibilität Stefan Fricke JIAC-IV 3

4 Serviceware-Framework: Anforderungen mächtige Abstraktionen Skalierbarkeit Flexibilität zur Laufzeit Werkzeuge Management und Security Szenario eines elektronischen Marktplatzes Stefan Fricke JIAC-IV 4

5 (Software-) Agenten: Eigenschaften Interaktivität Peer-to-Peer Sprechakte Ontologien Interaktionsprotokolle Multiagentensysteme Sprechaktbeispiel kein akzeptierter Agentenbegriff Autonomie Stellvertreterfunktion Handlungsautonomie Entscheidungskompetenz weitere Eigenschaften Stefan Fricke JIAC-IV 5

6 Agenten: Frameworks / Toolkits Agentenarchitektur Ablaufsteuerung wahrnehmen, räsonnieren, handeln Basisfunktionalität Kommunikation, Verschlüsselung,... Laufzeitumgebung Infrastrukturdienste Kommunikation, Sicherheit,... Entwicklungsumgebung Methodologie Programmiersprache Toolkit Agent-Oriented Software Engineering Fähigkeiten, Kommunikation Entwicklung, Management, Test Architekturtypen Beispiele Stefan Fricke JIAC-IV 6

7 JIAC-IV: Agentenplattform für kooperative Dienste Agentenarchitektur Infrastruktur Entwicklungsumgebung Implementierung Stefan Fricke JIAC-IV 7

8 JIAC-IV Agentenarchitektur Komponenten- Framework lose Kopplung über Rollen wissensspeichernde und -verarbeitende Komponenten message server plan generation plan evaluation fact maintainance fact base Framework plan library plan selection situation assessment rule base intention structure scheduler goal selection goal stack control cycle timer execution communication service library introspection management bean manipulation application bean communication bean security bean Belief-Desire-Intention-Verarbeitungsmodell Standardkomponenten Komponenteninteraktion Stefan Fricke JIAC-IV 8

9 JIAC-IV Infrastruktur Agentenplattformen Manager-Agent für Autorisierung Agentenmigration DF-Agent für Dienstregistrierung Plattformbild-4 Plattformbild-3 Migrationsprotokoll mehr zu Management Security-Agenten für Zertifikate mehr zu Security und Notarfunktionen dynamische Dienstnutzung Dienstsuche mittels Directory Facilitator Interaktionsprotokolle Dienstnutzungsprotokoll Stefan Fricke JIAC-IV 9

10 JIAC-IV Entwicklungsumgebung Sprachen Ontologiesprache zur Domänenmodellierung Logische Beschreibung von Diensten Java für die Anwendungslogik mehr Dienst = Rolle x Protokolle x Logik x Ontologien Werkzeuge Erstellung von Diensten Agent Development Environment Testen von Agenten Managementwerkzeuge Debugger, Logfile-Analyse Marktplatzmonitor Stefan Fricke JIAC-IV 10

11 JIAC-IV Zusammenfassung Dienstnutzung durch Agenten ontologiebasiert verteilte, dynamische Diensterbringung offenes System stationäre und mobile Agenten weitgehende FIPA-Konformität Skalierbarkeit auf Agentenarchitektur- und System-Ebene Management- und Sicherheitsinfrastruktur Entwicklungswerkzeuge Stefan Fricke JIAC-IV 11

12 Ende Fragen? Stefan Fricke JIAC-IV 12

13 Ausblick Stefan Fricke JIAC-IV 13

14 Agenten-Toolkit Agenten Toolkit Werkzeuge Agentbuilder Scripteditor... Dialogeditor Test + Validation Debugger/Monitor... Admin-Tools Basis Architektur Laufzeitumgebung Stefan Fricke JIAC-IV 14

15 JIAC-IV Marktplatz Marktplatzmanager-Agent Infrastrukturagenten - für Autorisierung und Dienstvermittlung - für Sicherheit und Management mobile Agenten stationäre Agenten - auf und außerhalb der Plattform Stefan Fricke JIAC-IV 15

16 JIAC-IV - Infrastruktur: Marktplätze 2 mobiler Agent Migrierende Agenten 1 Stefan Fricke JIAC-IV 16

17 Komponenten eines Agenten Kernel Kernkomponenten Peripheriekomponenten message server plan generation plan evaluation fact maintainance plan library plan selection situation assessment kernel intention structure scheduler goal selection control cycle timer execution communication introspection management bean manipulation application bean communication bean fact base rule base goal stack service library security bean weiter: Standardkomponenten control unit knowledgebase optional periphery flow of control knowledge access Stefan Fricke JIAC-IV 17

18 Standardkomponenten Management Agentenhülle allgemein Sicherheit Transport ControlBean FaultBean Configuration Bean Accounting Bean Performance Bean AgentKernel ControlCycle MessageServer FactAccess FactBean SituationBean TimerBean Certificate Management TrustBean Secure Communication JVM Communication TCPIP Communication Direct Communication TracingBean DGUIBean ServiceControl Mechanisms SSL Communication GoalBean Handlung SelectionBean SchedulerBean ExecutionBean kernel managment security Communication Comp Stefan Fricke JIAC-IV 18

19 Komponenteninteraktion ControlCycle AB 1 AB 2 AB 3 AB AI M AgentBean AgentInterface Message Komponente ohne Thread Komponente mit Thread step step AI a AI b AI c AI d AB 1 AB 2 AB 3 AB 4 AI e M1M2 M1M2M3 M1M2M3 send M3 AI a AI c AI a AI b AI c AI d AI e AB 1 AB 2 AB 3 AB 3 AB 4 MessageServer deliver M3 AI a AI c MessageQueue AgentBeanQueue AddressList Stefan Fricke JIAC-IV 19

20 Agentenkern Komponenten: aktiv, kontrolliert, passiv Nachrichtenqueue Kernel-gesteuert Agent Kernel reg reg indirekte Nachrichtenvermittlung... Ci Ci+1... reg I1 C1 Control Cycle (Thread) [3] step I2 C2 [2b] MessageServer [2a] step C3 (Thread) [1] A B heißt A referenziert B Kontrollfluß I1, I2 sind Interfaces C1, C2 sind Komponenten Komponente Objekt Event-Queue Stefan Fricke JIAC-IV 20

21 Zielgerichtetes Handeln Ziel Formel mit Variablen, Meta-Attributen Zielauswahl Test auf Erfüllung, Einordnung in Zielstapel Planauswahl Planelement (Dienst), Anwendbarkeit, Instantiierung Scheduler Auswahl einer Intention Ausführung Einzelschritte, Zerlegung, Beauftragung Anwendungs-Komponenten Ergebnispropagierung Variableninstantiierung Stefan Fricke JIAC-IV 21

22 JIAC-IV Migrationsprotokoll starke Migration mobile Agent start Migration- Client-Protocol Marketplace of mobile Agent destination Marketplace 3 Parteien state = wait 2 Protokolle Security start Migration-Server-Protocol Authentication check of Trust lists Question: migration allowed? (cancel on distrust) Reply: yes, JAR Transportoptimierung Protokoll-Script state = active deserialize() quit and remove agent JAR Reply: yes send serialized agent Acknowledge save as JAR (Reply=no then cancel) restart agent (cancel on failure) Stefan Fricke JIAC-IV 22

23 JIAC-Agentenplattform Agententypen, Agentenzustand interne und externe Kommunikation Stefan Fricke JIAC-IV 23

24 Agentendebugger Zielspezifikationen Zustand des Agenten Schrittweise Ausführung Logging Komponenten Loglevel Log-File Stefan Fricke JIAC-IV 24

25 Logfile-Analyse Chronologische Darstellung Logische Abläufe detaillierte Vorgangsinformationen Stefan Fricke JIAC-IV 25

26 Managementfunktionalitäten Dienstverwaltung Registrierung, Brokering Konfiguration zur Laufzeit, zur Designzeit Accounting Fehlerbehandlung Datenerhebung, Benachrichtigung Kategorisierung, Reporting, Ping Marktplatzverwaltung Manager, Migration, Registrierung Tracing Stefan Fricke JIAC-IV 26

27 Sicherheitsfunktionalitäten Komponenten: Verschlüsselung SSL, Sprechaktebene Zertifikate verwalten und verteilen (X.509, v.3) Kurzzeitzertifikate für mobile Agenten Autorisierung Dienstzugriffskontrolle, Migrationskontrolle Agenten: Identität eindeutiger Name Sicherheitsagent Zertifikatsvert., Migrationskontrolle S.dienstagent Zeitstempel, Signaturprüfung, Verträge CA Zertifikatsvergabe, CRL-Pflege Stefan Fricke JIAC-IV 27

28 Multiagentensysteme Typischerweise lose Kopplung mehrerer Agenten, kooperierend oder konkurrierend, interagierend mittels Koordinationsprotokollen. Systemeigenschaften: Dynamik durch kooperativen Problemlöseprozess Flexibilität & Skalierbarkeit Ausfallsicherheit durch gezielte Redundanz Stefan Fricke JIAC-IV 28

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34 Anforderungen Systeme zum Management von Netzen Plattformen zur Entwicklung und Bereitstellung von Diensten Integration existierender Informationssysteme und -quellen Unterstützung der Anforderungen unterschiedlicher Rollen Sicherheit Personalisierbarkeit... Stefan Fricke JIAC-IV 34

35 Einzelagent Trennung von Wissen und Kontrolle Wissenstypen Ontologien, Fakten Reaktionsregeln (Reaktivität) Ziele, Handlungen, Intentionen (Proaktivität) Kontrollfunktionen Weltzustand: Faktenaktualisierung reaktives Handeln: Reagieren auf Situationsänderung zielgerichtetes Handeln: Aufstellen und Ausführen von Intentionen aufgrund von Zielen Stefan Fricke JIAC-IV 35

36 Agentengesellschaft Kommunikation Sprechakte, Protokolle (FIPA-konform) gemeinsames Vokabular durch Ontologien Interoperabilität durch FIPA-Konformität Dienste Beschreibung von Diensten als Handlung Dienst-Aushandlung durch Metaprotokoll Infrastruktur Marktplätze: Registrierung, Migration Infrastrukturdienste: Dienst-/Adreßvermittlung,... Stefan Fricke JIAC-IV 36

37 Managementfunktionalitäten Fehlerbehandlung: Kategorisierung, Reporting Konfiguration: zur Laufzeit, zur Designzeit Accounting: Metering, Charging Marktplatzverwaltung: Manager, Migration, Registrierung Dienstverwaltung: Registrierung, Brokering Stefan Fricke JIAC-IV 37

38 Sicherheitsfunktionalitäten Komponenten: Verschlüsselung: SSL, Sprechaktebene Zertifikate: Verwaltungskomponente, Verteilung Autorisierung: Dienstzugriffskontrolle, Migrationskontrolle Agenten: Sicherheitsagent: Zertifikatsvert., Migrationskontrolle S.dienstagent: Zeitstempel, Signaturprüfung, Notar CA: Zertifikatsvergabe, CRL-Pflege Stefan Fricke JIAC-IV 38

39 Dienst-Metaprotokoll Rollen: user Phase 1 start request agree refuse end acceptproposal propose rejectproposal provider (single provider) service protocol (several providers) negotiation protocol Phase 2 Phase 3 done failure accept reject success failure end Stefan Fricke JIAC-IV 39

40 Implementation Java 2 (JDK1.2.2) Komponenten sind JavaBeans Läuft unter Unix (Solaris, Linux) und Windows (NT, 9X) Benutzt ISASILK und IAIKJCE der TU Graz und Netscape Directory Bibliotheken Sprachelemente werden kompiliert Stefan Fricke JIAC-IV 40

41 Sprachen zur Wissensrepräsentation dreiwertige Logik: Aussagen: Ontologien: deklaratives Wissen: prozedurales Wissen: interaktives Wissen: unvollständiges Wissen Werte, Objekte, Terme, Formeln Kategorien, Funktionen, Metawissen Fakten, Ziele, Intentionen Dienste, Skripte, Planelemente, Reaktionsregeln Sprechakte, Protokolle/Rollen Stefan Fricke JIAC-IV 41

42 Werkzeuge Definitionswerkzeuge Marktplatzmonitor Agenten auf einem Marktplatz Beobachten der Sprechakt-Interaktionen Agentendebugger schrittweise, kontrollierte Ausführung einzelner Agenten Logfile-Analyse fokussiertes Loggen agenteninterner Prozesse Aufbereitung für post-mortem-analyse Stefan Fricke JIAC-IV 42

43 Beispiel eines Sprechakts (inform :sender :receiver :content :in-reply-to :reply-with :language :ontology ) agent1 hpl-auction-server (price (bid bravo-superhits) 15 dm) round-4 bid04 sl hpl-auction Stefan Fricke JIAC-IV 43

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46 Weitere Eigenschaften von Agenten Reaktivität Reaktion auf Umwelteinflüsse Proaktivität zielgerichtetes Handeln Intelligenz Planen oder Lernen Mobilität den Ausführungsort wechseln / weiter Stefan Fricke JIAC-IV 46

47 Agentenplattformen Voyager (Object Space) Object Request Broker - Architektur RMI-Kommunikation Mobilität Zeus (BT), Jack Intelligent Agents (Agent Oriented Software Group), AgentBuilder (Reticular Systems, Inc.) BDI-basiert KQML-Kommunikation Toolkit Stefan Fricke JIAC-IV 47

48 JIAC-IV: Agent Development Environment Agenten konfigurieren Ontologien Komponenten Planelemente Marktplätze erstellen Agenten platzieren Dokumentation Stefan Fricke JIAC-IV 48

49 Szenario elektronischer Marktplatz DB DB DB Elektronischer Marktplatz DB Netz Marktplatzinfrastruktur 1 mobiler Agent Migration Rückkehr Geschäftsverkehr Instruierung und zum des Ergebnispräsentation Marktplatz Einkaufsagenten zwischen Agenten Szenario elektronischer Marktplatz Content-Provider-Agent Kommunikation Stefan Fricke JIAC-IV 49

50 Typen von Agentenarchitekturen ohne Architektur direkt kodiert subsymbolisch behaviour-based, neuronal personal digital assistants subsumption architecture Schichtenarchitekturen physical-, symbol-, knowledge-, cooperation-level InterRaP, TouringMachines Komponentenarchitekturen Belief-Desire-Intention Stefan Fricke JIAC-IV 50 modularer Aufbau

51 Dienst-Metaprotokoll (alt) USER PROVIDER Sicherheitaushandlung Initiierung request Dienstnutzung Ablehnung refuse agree Dienstnutzungsprotokoll refuse propose agree done failure acceptproposal rejectproposal Erfolg Fehlschlag propose cancel not-understood Fehlermeldung Stefan Fricke JIAC-IV 51