Hace falta utilizar agentes?

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1 Sistemas multi-agente (SMA) Curso de doctorado: Agentes Inteligentes Desarrollo de Sistemas Multi-Agente La metodología INGENIAS Jorge Gómez Sanz Dep. de Sistemas Informáticos y Programación Qué son? Por qué otro paradigma? Otra moda tecnológica? Qué hay de nuevo? Para qué sirven? Cómo se construyen? UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 2 Sistemas multi-agente (SMA) SMA vs. OO Los agentes software tienen un conjunto de características que habrá que tener en cuenta para su desarrollo No son simplemente objetos distribuidos pero se pueden implementar como tales Tampoco son sistemas expertos pero su comportamiento podría implementarse con conceptos similares Podrían verse como un tipo de componentes software pero no se plantean como las técnicas actuales de componentes (J2EE,.NET, CCM) Son estas cosas y algo más Objetos Ejecuta los métodos invocados Flujo de control del llamante Encapsula estado y comportamiento Estado: valor de variables Comportamiento: salida a partir de una entrada Mensajes invocan procedimiento Asociaciones entre objetos Agentes Autonomía de decisión Flujo de control propio Encapsula la activación del comportamiento Estado mental: objetivos, creencias,... Comportamiento: cómo decidir lo que hacer Interacciones: actos de habla (intencionalidad) Organización: relaciones sociales entre agentes UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 3 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 4

2 SMA vs. Sistemas Expertos Sobre la utilidad de los agentes Sistemas Expertos Sistemas cerrados Agentes Interactúan con el entorno La primera pregunta que habrá que plantearse cuando se va a realizar un sistema es: Sistemas de decisión centralizados Distribución de la toma de decisiones: Comportamiento emergente Hace falta utilizar agentes? O bastaría con objetos, componentes,...? Interacción con el usuario bajo petición del usuario Mayor grado de interacción con el usuario Interacción con otros agentes UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 5 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 6 Sobre la utilidad de los agentes Metodologías de desarrollo de SMA Se trata de un sistema distribuido abierto? Pueden incorporarse dinámicamente nuevos tipos de entidades en el sistema? Pueden cambiar las existentes? Es necesario considerar una evolución del comportamiento independiente para cada uno de los componentes del sistema o para una parte significativa? Hay incertidumbre? Es posible para una entidad del sistema conocer su contexto suficientemente para poder decidir con certeza el efecto de las acciones que puede realizar? Hay personalización? Un mismo servicio se puede ofrecer simultáneamente de manera distinta según las características de cada usuario? Hace falta definir una organización de entidades que interactúan para resolver conjuntamente problemas globales? Una vez decidido construir un SMA habrá que ver Qué resultados producir Documentación Código, prototipos, pruebas Con qué lenguaje especificar el SMA Visuales: Data Flow Diagrams, Entity-Relationship diagrams, Message Sequence Charts, UML Formales: Z, redes de Petri Qué actividades para producir los resultados De análisis, diseño, implementación, validación, Cómo: Guías Métricas Con qué herramientas Desarrollo Entorno de ejecución UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 7 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 8

3 Metodologías de desarrollo de SMA Metodologías para desarrollar SMA La respuesta: Metodologías de desarrollo de SMA Pero... cuál elegir? Métodos Formales Z, lógica temporal Orientación a objetos Sistemas expertos Conceptos de agentes: Análisis de roles SMA Conceptos de agentes: BDI UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 9 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 10 Metodologías para desarrollar SMA Algunas metodologías Métodos Formales SMART, DESIRE, Concurrent METATEM Análisis de roles Gaia, AAII,... Orientación a objetos Kendall, MaSE, Styx, ODAC, MASB, Adelfe,... Integración: n: MESSAGE, INGENIAS Sistemas expertos MAS-CommonKADS, CoMoMAS BDI AAII AAII (Australian Artificial Intelligence Institute) Gaia Basada en el modelo BDI SMA como conjunto de entidades que interactúan MaSE OO con conversaciones entre objetos Tropos Zeus Énfasis en la gestión de requisitos Entorno visual de desarrollo de agentes Prototipos de agentes MAS-CommonKADS CommonKADS extendido con OO, SDL y MSC MESSAGE, INGENIAS Meta-modelado, agentes que siguen el principio de racionalidad de Newell UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 11 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 12

4 Metodología AAII [Kinny, Georgeff y Rao 96] (Australian Artificial Intelligence Institute) Metodología AAII [Kinny, Georgeff y Rao 96] (Australian Artificial Intelligence Institute) Modelo BDI (Beliefs, Desires, Intentions) [Bratman87] Creencias Deseos Intenciones Punto de vista externo Modelo de agentes: jerarquía de clases Modelo de interacciones: responsabilidades de los agentes, servicios que proporcionan, interacciones asociadas, relaciones de control entre agentes Basado en análisis de roles: 1. Identificar roles del dominio de aplicación Primera definición de clases de agentes 2. Para cada role, identificar las responsabilidades asociadas y servicios que proporciona Descompone las clases de agentes hasta el nivel de servicios 3. Para cada servicio,identificar las interacciones asociadas Modelo interno de cada clase de agente 4. Refinar la jerarquía de agentes Definir superclases cuando hay clases de agentes con similitud Componer clases de agentes con herencia o agregación Introducir clases concretas de agente teniendo en cuenta aspectos específicos de implementación UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 13 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 14 Metodología AAII [Kinny, Georgeff y Rao 96] (Australian Artificial Intelligence Institute) GAIA [Wooldridge, Jennings y Kinny, 2000] Punto de vista interno (basado en BDI) Modelo de creencias: información sobre el entorno, estado interno del agente y acciones que puede realizar Modelo de objetivos: objetivos que puede adoptar el agente y eventos a los que puede responder Modelo de planes: secuencias de acciones que puede emplear el agente Basado en el análisis del propósito de los servicios y su descomposición hasta llegar a planes: 1. Analizar los medios para alcanzar los objetivos Descomposición de cada objetivo en acciones y subobjetivos Generar planes 2. Construir las creencias del sistema A partir de las condiciones que controlan la ejecución de actividades, y requisitos de entrada y salida para cada objetivo El refinamiento de los modelos internos realimenta los modelos externos Extiende la metodología Fusion [Coleman et al. 94] SMA como organización de entidades que interactúan Análisis: Basado en análisis de roles en interacción Modelo de roles: Para cada rol (un individuo, departamento u organización de la vida real): Responsabilidades: funcionalidad del agente (como propiedades de viveza y seguridad) Permisos: derechos a información y recursos Actividades: acciones privadas (sin interactuar con otros agentes) Protocolos Modelo de interacciones: define los protocolos (entre roles) Atributos: propósito, iniciador, respondedor, entradas/salidas, proceso Diseño: Basado en agrupación de roles en agentes Modelo de agentes: tipos de agentes (agente=conjunto de roles) y sus instancias Modelo de servicios: funciones de cada rol Modelo de conocidos: con quienes puede interaccionar UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 15 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 16

5 GAIA [Wooldridge, Jennings y Kinny, 2000] MaSE [DeLoach et al. 01] Extensiones ROADMAP [Juan, Pearce y Sterling, 2002] En el análisis añade: Captura de requisitos utilizando casos de uso Modelo de entorno Modelo de conocimiento, derivado de los dos anteriores Especificación de interacciones utilizando AUML Gaia II [Zambonelli, Jennings y Wooldridge, 2003] En el análisis añade: Modelo del entorno: representación computacional abstracta del entorno del SMA, como una lista de recursos abstractos Reglas organizacionales: restricciones para las actividades de los roles En el diseño considera la definición de la estructura organizacional Definida a partir de un conjunto de patrones organizacionales Sigue sin considerar la implementación Agentes como objetos con capacidad de coordinarse mediante conversaciones Agentes: clases cuyo comportamiento está definido por autómatas Soportado por la herramienta agenttool [DeLoach y Wood 01] Generación automática de código Notación UML Basado en el RUP, trata especialmente las actividades de análisis y diseño UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 17 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 18 MaSE [DeLoach et al. 01] Tropos Las conversaciones (protocolos de coordinación) se definen con dos diagramas de estados: uno para cada clase de agente participante Integración de trabajo teórico previo: i*, KAOS Proceso de desarrollo Análisis y Diseño basado en refinamiento de diagramas i* ampliados Diseño detallado empleando técnicas adicionales AUML para modelar protocolos Diagramas de Planes Implementación mediante plantillas de traducción a plataformas de agentes BDI Existen ejemplos de aplicación Hay herramientas de soporte pero no son de dominio público UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 19 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 20

6 Tropos Fases: Requisitos iniciales Identifica actores relevantes con sus objetivos Requisitos posteriores El sistema a desarrollar se considera un actor, y a partir de las dependencias con otros actores se identifican sus obligaciones Diseño arquitectural Se introducen más actores del sistema mediante descomposición de objetivos y tareas del sistema Diseño detallado Definición de los actores del sistema en detalle, incluyendo protocolos de comunicación y coordinación Implementación Transforma las especificaciones en plantillas adaptadas a una plataforma de programación de agentes (p.ej. Jack) UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 21 Tropos recurso objetivo contribuye actor plan objetivo fuerte UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 22 Zeus [Nwana et al. 99] Zeus [Nwana et al. 99] Zeus: entorno visual de desarrollo de SMA Proporciona una plataforma de ejecución de agentes, prototipos de agentes, y componentes para su realización Agentes de utilidad Servidor de nombres Agentes facilitadores Agente visualizador Herramienta de construcción de agentes Librería de componentes de agentes El desarrollador configurará agentes genéricos mediante la definición de Ontologías Agentes Tareas Organización Coordinación Etapas de desarrollo Análisis del dominio Basado en el modelado de roles, utilizando diagramas de clase UML y patrones Diseño de los agentes Identificación de ontologías, servicios, tareas y relaciones entre agentes Realización de los agentes Definición de los elementos identificados en el diseño y su implementación Guiado por las herramientas gráficas de construcción de agentes de Zeus Soporte en tiempo de ejecución Depuración y optimización de código con herramientas de visualización y monitorización UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 23 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 24

7 Zeus [Nwana et al. 99] MAS-CommonKADS [Iglesias 98] Etapa de realización de agentes Creación de la ontología (Zeus Ontology Editor) Conocimiento declarativo que representa los conceptos significativos dentro del dominio de la aplicación Creación de agente (Zeus Agent Editor) Configuración de un agente genérico de Zeus: definición de agente, descripción de tareas, organización del agente, coordinación del agente Configuración de agentes de utilidad (Code Generation Editor) Atributos de los agentes de utilidad (plataforma de agentes) Configuración de agentes de tarea Parámetros de ejecución de los agentes de tarea Implementación de agentes Utilizando la herramienta de generación de código Extiende la metodología CommonKADS [dehoog et al. 93] de desarrollo de sistemas expertos con: Técnicas de orientación a objetos (OMT y OOSE) Técnicas de ingeniería de protocolos: SDL y MSC Modelo de ciclo de vida en espiral dirigido por riesgos Y modelo en cascada con reutilización para proyectos pequeños El desarrollo de un SMA consiste en rellenar un conjunto de plantillas de un número de modelos interrelacionados Asociada a cada plantilla hay un estado que caracteriza los hitos en el desarrollo de cada modelo Para cada variable de estado se pueden asociar varios valores: vacío, identificado, descrito y validado Ejemplo de estados hito: identificación inicial de los agentes, descripción de objetivos y servicios, validación de relaciones entre un modelo y los demás UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 25 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 26 MAS-CommonKADS [Iglesias 98] MAS-CommonKADS [Iglesias 98] Fase de conceptuación Definición de casos de uso Especificación del sistema (Análisis) Modelo de agente Un agente es cualquier actor: humano, agente software, sistemas software (e.g. BD) Capacidades de razonamiento, habilidades, servicios, sensores, efectores, grupos de agentes a los que pertenece y clase de agente Modelo de tareas Qué tareas pueden realizar los agentes, cómo se estructuran, objetivos,... Modelo de experiencia (o modelo de conocimiento) Conocimiento necesario por los agentes para alcanzar sus objetivos Modelo de organización de la sociedad de agentes: Organización de los agentes y su relación con el entorno Modelo de comunicación con el usuario Factores de la interacción humano-agente Modelo de coordinación Interacciones entre agentes software Modelo de diseño Arquitectura y diseño del SMA como paso previo a su implementación UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 27 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 28

8 MESSAGE [Message 2000] Methodology for Engineering Systems of Software AGents) Proyecto Eurescom P907 Extiende ingeniería de software OO con conceptos del área de agentes Que se definen en 5 meta-modelos: Agente Organización Dominio Tareas-objetivos Interacciones Adopta el Proceso Unificado de Desarrollo de Software (también conocido como Rational Unified Process) INGENIAS Evolución de MESSAGE Abordando con mayor profundidad los distintos aspectos que definen la metodología: Notación: Lenguaje visual para expresar el diseño de SMA y agentes Métodos: Organización de entregas Actividades relacionadas Herramientas: Ingenias Development Kit (IDK) Generación de especificación Validación de diseño Generación de código Generación de documentación UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 29 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 30 Planteamiento de INGENIAS Principios Agentes como paradigma de modelado Conceptos de más alto nivel que en objetos y más cercanos al dominio Se pueden considerar adaptaciones específicas a dominios de aplicación particulares Los aspectos organizativos e intencionales reducen el salto de especificación de requisitos a implementación Implementación sobre distintos tipos de plataforma Un modelo de SMA se puede implementar sobre una plataforma de agentes o sobre un entorno de objetos tradicional La metodología facilita y promueve el desarrollo de herramientas de generación de código que faciliten el paso del modelo (análisis y diseño) a la implementación Contempla la evolución de la tecnología de agentes Adaptabilidad a nuevos lenguajes y estándares (p.ej. AUML) INGENIAS El modelo de desarrollo con INGENIAS El desarrollador de SMA: realiza la aplicación Modela con el editor del IDK Simula y valida el modelo Todo ello basado en la utilización y manipulación de metamodelos UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 31 Genera código y valida el modelo Implanta el SMA en la red UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 32

9 Editor de INGENIAS INGENIAS El modelo de desarrollo con INGENIAS Ingeniero INGENIAS: prepara las herramientas Define metamodelo del dominio de aplicación y puede personalizar el editor Prepara generador de código para simulador UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 33 Crea generador de código para plataforma final UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 34 Aspectos de un SMA Aspectos del SMA Modelo de Agente Modelo de Interacciones Modelo de Organización Sistema Multi Agentes Modelo de Objetivos/Tareas Modelo de Entorno Modelo de organización Estructura del SMA, roles, relaciones de poder, workflows Modelo de agente Los agentes realizan tareas o persiguen objetivos Responsabilidades, control y estado mental del agente Modelo de objetivos y tareas Identificación de objetivos generales y descomposición en objetivos más concretos que se pueden asignar a agentes Similarmente con tareas Objetivos: motivación Tareas: actividad Modelo de interacción Qué interacciones existen entre agentes/roles Modelo de entorno Entidades y relaciones con el entorno del SMA UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 35 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 36

10 Modelo de organización La organización define una estructura donde van a existir los agentes, recursos, tareas y objetivos Estructura. Descomposición de la organización en: Grupos Flujos de trabajo Interrelación de tareas en flujos de trabajo Relaciones entre agentes respecto a las tareas Recursos disponibles y asignación Relaciones sociales Relaciones de poder (p.ej. subordinación) y cliente/servidor entre agentes Relaciones entre grupos Relaciones entre organizaciones Funcionalidad Propósito Tareas que debe realizar Elementos del modelo de organización Descripción estructural persigue Organización Propósito descompone Grupo workflow Aplicación descompone juega Agente Rol Recurso UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 37 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 38 Elementos del modelo de organización Descripción social Elementos del modelo de organización Descripción funcional Organización servicio Organización workflow Grupo servicio Grupo Agente servicio subordinación condicional/incondicional Agente tarea responsable usa conecta tarea consume/produce Rol servicio subordinación condicional/incondicional Rol Agente Rol Aplicación Unidad de interacción Recurso UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 39 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 40

11 Modelo de agente Control del agente Descripción de agentes particulares Funcionalidad del agente: Responsabilidades Agente Qué tareas sabe ejecutar Qué objetivos se compromete a alcanzar Quieren satisfacer Objetivo puede satisfacerse ejecutando Agente <<juega>> Rol Rol Satisface Tarea Comportamiento: Control del agente Estado mental Agregación de entidades mentales: objetivos, creencias, compromisos, hechos Gestión de estado mental Creación, destrucción, modificación de las entidades del estado mental Mecanismo de decisión: procesador de estado mental Reglas, planificación, etc. Evidencia Satisface Rol Quieren satisfacer Agente Produce Objetivo Tarea puede satisfacerse ejecutando Interacción UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 41 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 42 Elementos del modelo de agente Agente planificador Planificador clásico. Las tareas transforman entidades mentales para alcanzar objetivos del agente persigue juega Objetivo Agente Rol responsable Estado mental G P tarea Hecho creencia afecta UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 43 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 44

12 Modelo de objetivos y tareas Ciclo de vida de un objetivo Qué consecuencias tiene la ejecución de tareas y por qué se deberían ejecutar Justifica la ejecución de tareas basándose en objetivos Que a su vez se van modificando tras su ejecución Objetivo: Situación deseada Conjunto de estados que el agente quiere lograr, mantener, o evitar Una función de utilidad que maximizar Responde a por qué? Tarea: Transiciones de estado Conduce a la consecución de objetivos Responde a cómo? Pendiente refinamiento Refinado comienza ejecución de tarea Resolviéndose Evidencia de éxito Evidencia de fallo Satisfecho Fallo Objetivo <<activa>> Tarea UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 45 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 46 Descomposición de objetivos Descomposición de objetivos Árboles Y/O [Rich y Knight 90] A A No molestar al usuario Incrementar beneficios O B Y C O B Y C O Evaluar autónomamente No enviar información indeseada Vender más Reducir costes D E D E Resolución por éxito Resolución por fracaso - Reglas de transmisión de éxito o de fallo UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 47 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 48

13 Elementos de definición de tareas Relaciones entre tareas y objetivos precondiciones Hecho A consume Hecho B consume tarea produce postcondiciones Hecho C Una tarea afecta a un objetivo tarea afecta objetivo Crea, destruye o modifica (satisfaciendo o fallando el objetivo) usa usa afecta produce La satisfacción de un objetivo justifica la elección de una tarea Aplicación Recurso objetivo interacción objetivo SAT Condición de satisfacción del objetivo tarea UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 49 Patrón de estado mental UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 50 Relaciones entre tareas y objetivos Ejemplo de tareas La satisfacción de un objetivo justifica la elección de una tarea Descripción de relación productor-consumidor entre dos tareas Patrón de estado mental SAT Condición de satisfacción del objetivo tarea1 planificación objetivo SAT Otra condición tarea2 FAIL Condición de fallo tarea3 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 51 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 52

14 Modelo de interacciones Definición de interacciones Intercambio de conocimiento o peticiones (intencionalidad) entre agentes Define las interacciones entre los agentes o entre agentes y humanos Se definen a alto nivel, en diseño se detalla el protocolo de interacción Se puede usar el concepto de protocolo de interacción de Agent UML o los protocolos de Gaia Qué actores participan en la interacción Cada actor debe mostrar la razón por la que participa Roles iniciador y colaboradores Definición de unidades de interacción Mensajes, actos de habla Orden de las unidades de interacción Protocolos: contract net, FIPA request, específicos. Diagramas de protocolos AUML Acciones ejecutadas en la interacción Criterios para decidir cuándo ejecutar una tarea Consecuencias de la ejecución de una tarea Definición del contexto de la interacción Objetivos que persigue la interacción Estado mental de los participantes Modelo de control Mecanismos de coordinación UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 53 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 54 Comunicaciones entre agentes Protocolo Actos del habla Determina un conjunto de primitivas con las que se comunican los agentes request:solicitar la ejecución de una acción inform: modificar la informacion que almacena un agente not-understood: no se ha comprendido el mensaje Necesita de un lenguaje de contenido XML SL0 Una ontología A qué se refieren los elementos que aparecen en el mensaje Un protocolo Fipa-request: solicitar de un agente la ejecución de una tarea UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 55 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 56

15 Modelo de entorno Tipos de entorno [Russel y Norvig 95] Define las entidades del entorno del SMA con las que vaya a interactuar Recursos Elementos consumibles o no consumibles: Descriptores de ficheros, hilos de ejecución, memoria, dispositivos de E/S, sockets, ancho de banda, etc. Aplicaciones Uso más complejo, por medio de alguna interfaz Se pueden ver como objetos o como agentes Agentes Satisfacen el principio de racionalidad Accesible/Inaccesible Capacidad para percibir todo el entorno Determinista/No determinista Dado un estado y una acción ejecutada, se puede predecir el siguiente estado Episódico/No episódico La experiencia del agente se puede segmentar en episodios independientes Estático/Dinámico El mundo no cambia mientras el agente delibera Continuo/Discreto Existe un conjunto finito de variables a observar y un conjunto finito de acciones posibles UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 57 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 58 Formas de modelar el entorno Ejemplo de entorno Representar el mundo que rodea al agente [Ferber 99] Tarea extremadamente difícil Entorno para un asistente de ficheros en un PC Enfoque pragmático (SituatedAutomata [Rosenschein y Kaelbling 95] y redes neuronales [Zilouchian 00]) ENTORNO Discretizar el entorno utilizando un conjunto finito de variables observables Categorizar el tipo de entidades relevantes del entorno Restringir la interacción (percepción y actuación) con estas entidades: Recursos Aplicaciones Agentes Asistente Reubicación ficheros HilosEjecución MUESTREO dameocupación:90min DiscoDuro ContenidoDiscoDuroCambio MemoriaDisponible DiscoDuro damedirectorio damefichero damecontenidofichero dameocupacióndisco UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 59 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 60

16 Son muchos diagramas, entidades y relaciones Por ello definimos Un proceso de desarrollo Compuesto de actividades Y que determina entregas a realizar Un entorno de desarrollo que facilite la implementación Un proceso de desarrollo orientado a agentes Ejemplo: Diseño de un sistema de recomendación usando filtrado colaborativo Los documentos llegan a una comunidad de usuarios Serán evaluados según los gustos mayoritarios de la comunidad de usuarios de gustos similares Y damos Ejemplos de modelado Una tesis doctoral que describe la notación y el proceso siguiendo el planteamiento del proceso unificado Actualmente Revisión para adaptar al paradigma de Desarrollo de software dirigido por modelos (MDD, Model Driven Development) UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 61 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 62 Un proceso de desarrollo orientado a agentes 1. Identificar OBJETIVOS Análisis: Qué tiene que hacer el sistema (requisitos) De casos de uso a objetivos Un proceso de desarrollo orientado a agentes 2. Descomponer los OBJETIVOS en subobjetivos y TAREAS Del análisis al diseño: OBJETIVOS identifican requisitos (propósito) UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 63 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 64

17 Un proceso de desarrollo orientado a agentes Un proceso de desarrollo orientado a agentes 2. Descomponer los OBJETIVOS en subobjetivos y TAREAS Del análisis al diseño: TAREAS definen procedimientos para satisfacer OBJETIVOS 3. Asignar OBJETIVOS a ROLES en la ORGANIZACIÓN Diseño: ROLES definen servicios (responsabilidades y funcionalidad esperada) UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 65 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 66 Un proceso de desarrollo orientado a agentes Un proceso de desarrollo orientado a agentes 3. Asignar OBJETIVOS a ROLES en la ORGANIZACIÓN Diseño: ORGANIZACIÓN define arquitectura (estructura, normas) 4. Definir WORKFLOWS e INTERACCIONES Diseño: WORKFLOWS definen relaciones entre TAREAS, ROLES y RECURSOS UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 67 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 68

18 Un proceso de desarrollo orientado a agentes Un proceso de desarrollo orientado a agentes 4. Definir WORKFLOWS e INTERACCIONES Diseño: INTERACCIONES definen cómo se comunican los ROLES 4. Definir WORKFLOWS e INTERACCIONES Diseño: INTERACCIONES definen cómo se comunican los ROLES UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 69 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 70 Un proceso de desarrollo orientado a agentes 5. AGENTES desempeñan ROLES Diseño: AGENTES tienen capacidades para desempeñar ROLES Cada AGENTE puede tener una estrategia diferente para satisfacer los objetivos del mismo ROLE Un proceso de desarrollo orientado a agentes 6. Generación de código Simulación: validar el comportamiento del sistema multiagente Realización e implantación de un sistema ejecutable UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 71 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 72

19 Proceso de desarrollo orientado a agentes Hay otras posibilidades Centrarse y comenzar con los workflows Cuando la organización está orientada a procesos Centrarse en la coordinación y las interacciones Cuando el problema es la definición de un algoritmo distribuido Sistemas cooperativos Centrarse en el entorno Sistemas empotrados Robótica Centrarse en los actores Simulación social UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 73 INGENIAS Development Kit Editor de modelos Herramienta visual (notación grasia!) Inicialmente basado en herramienta de meta-modelado (METAEDIT+) Actualmente 100% Java Generación de modelos siguiendo los meta-modelos Integración con módulos para procesamiento de las especificaciones Integración con agentes (en desarrollo) Módulos: Para la generación de código Armazones (plantillas) configurables, especificados con XML, para distintas plataformas de agentes Jade, Robocode, Servlets, Agentes grasia! Para validar especificaciones: basado en AT Para generar documentación (HTML) Armazón para desarrollar módulos personalizados UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 74 IDK modelo de modelo de agente modelo de agente agente Descripción SMA produce modelo de entorno modelo de organización modelo de objetivos/tareas modelo de objetivos/tareas modelo de objetivos/tareas modelo de modelo de interacciones modelo de interacciones interacciones procesados por Editor del IDK El editor del IDK permite Crear y modificar modelos de SMA Generar documentación (HTML) Sacar snapshots de los diagramas para utilizarlos en otras aplicaciones Procesar las especificaciones mientras se están generando con el editor o una vez grabadas en un fichero Introducir explicaciones en lenguaje natural de los diferentes diagramas y de cada elemento en los diagramas, así como añadir etiquetas de texto Editor contiene Módulo Módulo Módulo Módulo Módulo UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 75 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 76

20 Manejo del Editor del IDK Generación del editor Goals/tasks Environmen metamodel Organizatio t metamodel Agent n metamodel metamodel Interaction metamodel Relationship Editor Attributes (e.g. Icons) With metamodels XML ic o ic o icon Metamodel Description XML MetaEditor MAS Editor Editor template Java/XML UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 77 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 78 Generación de código Conclusiones modelo SMA modelo SMA modelo SMA (XML) plantilla de código plantilla plantilla de marcado de código código con XML marcado con XML marcado con XML Específicos de una plataforma (deben reunir los elementos de los metamodelos) Generador código código de agente código de agente de agente Completar/Revisar por el programador Plataforma de agentes El paradigma de agente extiende al de objeto: Aprovechar las metodologías OO Más fácil de aceptar por los ingenieros software Aprovecha herramientas y experiencia Ciclo de desarrollo iterativo e incremental, basado en casos de uso Extensiones: Aspectos sociales (organización, interacciones, negociación) Comportamiento (autonomía, estado mental, objetivos, tareas) Concurrencia y distribución Modelado desde varios puntos de vista (Vowel Engineering, AAII, MAS-CommonKADS, MESSAGE) Para poder gestionar la complejidad del SMA Modelos: Entorno, dominio/ontología, roles, objetivos/tareas, interacciones/protocolos, organización, agente UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 79 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 80

21 Conclusiones Análisis Casos de uso para capturar requisitos funcionales Roles y servicios para agrupar las distintas funcionalidades asociadas a un agente o grupo de agentes Diseño Independiente de la arquitectura (Gaia) Basado en una arquitectura concreta (MaSE, AAII, Zeus) Define el modelo computacional del agente => arquitectura del agente (MAS-CommonKADS) Relevancia de las herramientas (Zeus, MaSE, MESSAGE, INGENIAS) Intentos de estandarización: FIPA Methodology TC y AgentLink AOSE TFG UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 81 Resumen INGENIAS proporciona Una notación para modelar un SMA desde cinco puntos de vista: Organización Agente Objetivos/Tareas Interacciones Entorno Un conjunto de actividades que se pueden enmarcar dentro de un proceso de desarrollo estándar: el Proceso Unificado Herramientas de soporte: Ingenias Development Kit (IDK) Generación de código sobre distintas plataformas En el futuro tiene que evolucionar para: Mejorar la usabilidad y documentación Facilitar trabajo en equipo (esto requiere, entre otras facilidades, control de versiones) Identificación de patrones de diseño orientado a agentes UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 82 Bibliografía Bibliografía Bratman, M. E. (1987) Intentions, Plans, and Practical Reason. Harvard University Press. DeLoach, S Analysis and Design using MaSE and agenttool.. Proceedings of the 12th Midwest Artificial Intelligence and Cognitive Science Conferece (MAICS). Ferber, J., Multi-Agent System: An Introduction to Distributed Artificial Intelligence. Addison Wesley Longman. Iglesias, C. (1998). Definición de una metodología para el desarrollo de sistemas multiagente, Tesis Doctoral, UPM. Juan, T., Pearce, A. y Sterling, L. (2002). ROADMAP: Extending the Gaia Methodology for Complex Open Systems. Proceedings of the first international joint conference on Autonomous agents and multiagent systems (AAMAS2002), Bologna, Italia, Kinny, D., Georgeff, M. y Rao, A. (1996). A methodology and modelling technique for systems of BDI agents. En Agents Breaking Away: Proceedings of the Seventh European Workshop on Modelling Autonomous Agents in a Multi-Agent World, LNAI 1038, Nwana, H. S. et al. (1999) ZEUS: A Toolkit for Building Distributed Multi-Agent Systems, Applied Artificial Intelligence Journal, vol. 1, no. 13, pp Russell, S. y Norvig, P. (1995) Artificial Intelligence: a modern approach. Prentice Hall. Weiss, G. Multiagent Systems. The MIT Press, Wooldridge, M., Jennings, N. R. y Kinny, D (2000). The Gaia Methodology for Agent-Oriented Analysis and Design, Journal of Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, 3 (3), Zambonelli, F., Jennings, N. y Wooldridge, M. (2003) The Gaia methodology for agent-oriented analysis and design. ACM TOSEM. Web sobre metodologías de agentes: Gómez Sanz, J.J. y Pavón, J. Methodologies for Developing Multi-Agent Systems, Journal of Universal Computer Science (10) 4, UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 83 UCM 2004 Ingeniería del Software Orientada a Agentes 84