[論文レビュー] Internalising Interaction Protocols as First-Class Programming Elements in Multi Agent Systems

David Lillis|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2017

Multi-Agent Systems and Negotiation参考文献 148被引用数 7

ひとこと要約

この論文は、マルチエージェントシステム（MAS）における対話プロトコルを一等級の要素として扱う形式的枠組みであるACRE（Agent Conversation Reasoning Engine）を紹介している。これにより、構造的で再利用可能かつデバッグ可能なエージェント間通信が可能になる。プロトコルを形式的動作意味論を備えた有限状態機械としてモデル化することで、プラットフォームに依存しない統合が可能となり、通信の信頼性が向上し、通信が中心的なMASアプリケーションにおける開発の複雑さが軽減される。

ABSTRACT

Since their inception, Multi Agent Systems (MASs) have been championed as a solution for the increasing problem of software complexity. Communities of distributed autonomous computing entities that are capable of collaborating, negotiating and acting to solve complex organisational and system management problems are an attractive proposition. Central to this is the requirement for agents to possess the capability of interacting with one another in a structured, consistent and organised manner. This thesis presents the Agent Conversation Reasoning Engine (ACRE), which constitutes a holistic view of communication management for MASs. ACRE is intended to facilitate the practical development, debugging and deployment of communication-heavy MASs. ACRE has been formally defined in terms of its operational semantics, and a generic architecture has been proposed to facilitate its integration with a wide variety of diverse agent development frameworks and Agent Oriented Programming (AOP) languages. A concrete implementation has also been developed that uses the Agent Factory AOP framework as its base. This allows ACRE to be used with a number of different AOP languages, while providing a reference implementation that other integrations can be modelled upon. A standard is also proposed for the modelling and sharing of agent-focused interaction protocols that is independent of the platform within which a concrete ACRE implementation is run. Finally, a user evaluation illustrates the benefits of incorporating conversation management into agent programming.

研究の動機と目的

• マルチエージェントシステム（MAS）における通信の複雑化に対処するため、エージェント相互作用を統一的かつ形式的に管理するアプローチを提供すること。
• 通信集約型MASの開発とデバッグの負荷を軽減するため、対話プロトコルを再利用可能で一等級のプログラミング要素として抽象化すること。
• 汎用的で形式的に定義されたアーキテクチャを通じて、対話管理のプラットフォームに依存しない統合を可能にすること。
• プロトコル定義を集中管理し、一貫した会話フローを強制することで、安全で予測可能かつ信頼性の高いエージェント間通信を支援すること。
• 特定のAOP言語やフレームワークに依存しない標準化されたXMLベースのプロトコル記述形式を通じて、開発者間の相互運用性と共通理解を促進すること。

提案手法

• 会話フローをモデル化するため、明示的な状態、遷移、変数バインディングを備えた有限状態機械として対話プロトコルを形式化すること。
• 実行を指定するため、述語（例：Match, Triggers, Advances）および関数（例：Append, Combine, New Conversation）を用いた形式的動作意味論を定義すること。
• Message Transport Service, Protocol Manager, Conversation Manager などのコンponentを備えた汎用的でフレームワークに依存しないアーキテクチャを設計し、多様なAOPフレームワークとの統合を可能にすること。
• JavaのAgent Factoryフレームワークを用いたACREのリファレンス実装を実装し、複数のAOP言語との互換性を示している。
• プロトコル作成、管理、およびエージェント会話の実行時インスペクションを支援するグラフィカルツールおよびデバッガープラグインを提供すること。
• プラットフォームに依存しない相互運用性と再利用性を実現するため、プロトコルリポジトリ用の標準化されたXMLスキーマを定義すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 MASにおける対話プロトコルは、通信の構造と保守性を向上させるために、どのように一等級のプログラミング構文としてモデル化・管理できるか？
• RQ2 異なる実装やプラットフォーム間で一貫性があり予測可能なエージェント会話の実行を保証するには、どのような形式的意味論が必要か？
• RQ3 ACREを用いた会話管理の統合は、通信が中心的なMASアプリケーションにおいて、開発の複雑さをどの程度軽減し、信頼性を向上させるか？
• RQ4 多様なエージェント開発フレームワークやAOP言語との統合を可能にするため、どのように汎用的でフレームワークに依存しないアーキテクチャを設計できるか？
• RQ5 標準化された、プラットフォームに依存しないプロトコル記述形式は、MASシステムにおける開発者間の相互運用性と共通理解を向上させることができるか？

主な発見

• ACREの形式的動作意味論により、あらゆるプログラミング言語で会話管理の実装が一貫して可能となり、正しさと移植性が保証される。
• 汎用アーキテクチャにより、Agent Factory, JADE, Jason などの複数のAOPフレームワークとの統合が可能であり、下位プラットフォームの能力についての最小限の仮定で実現できる。
• JavaとAgent Factoryフレームワークを用いたリファレンス実装により、ACREが既存のエージェント開発パイプラインにスムーズに統合可能であることが示された。
• 学部生および大学院生を対象とした評価では、ACREは開発者の認知的負荷や実装の負担を増加させず、コードの予測可能性と信頼性を顕著に向上させた。
• 主観的分析から、ACREを用いた開発者は、誤ったメッセージ順序、一貫性のない状態処理、および不安全なプロトコルフローといった一般的な落とし穴を回避していた。
• 標準化されたXMLベースのプロトコル形式により、実装言語に依存しない共有可能なプロトコル定義が可能となり、チーム間およびプラットフォーム間での再利用と協働が促進された。