Projektgruppe KIMAS - Kommunikation in MAS 1/34

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PADERBORN

Projektgruppe KIMAS

Kommunikation in MAS

10.09.2003

Melanie Kirchner

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PADERBORNÜbersicht

Motivation

Grundlagen

Indirekte Kommunikation

Direkte Kommunikation

Adressaten

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Motivation

Grundlagen

Indirekte Kommunikation

Direkte Kommunikation

Adressaten

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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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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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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...

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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!

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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

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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)

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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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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

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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.

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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

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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

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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)

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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

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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

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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

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Motivation

Grundlagen

Indirekte Kommunikation

Direkte Kommunikation

Adressaten

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PADERBORNAdressaten

Singlecast• Ein Agent wird direkt adressiert

Agent 1 Agent 2

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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

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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

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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