[논문 리뷰] Internalising Interaction Protocols as First-Class Programming Elements in Multi Agent Systems

David Lillis|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 07.

Multi-Agent Systems and Negotiation참고 문헌 148인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 다중 에이전트 시스템(MAS)에서 상호작용 프로토콜을 일급 요소로 다루는 형식적 프레임워크인 ACRE(에이전트 대화 추론 엔진)를 소개한다. 이를 통해 구조적이고 재사용 가능하며 디버깅 가능한 에이전트 간 통신을 가능하게 한다. 프로토콜를 형식적인 운영 의미론을 갖춘 유한 상태 기계로 모델링함으로써 ACRE는 플랫폼에 종속되지 않는 통합을 지원하고, 통신 신뢰성을 향상시키며, 통신 집약적인 MAS 응용 프로그램의 개발 복잡도를 감소시킨다.

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.

연구 동기 및 목표

• 에이전트 간 상호작용을 통합적이고 형식적으로 관리할 수 있는 방법을 제공하여 다중 에이전트 시스템(MAS)에서 통신의 복잡성이 증가하는 문제를 해결하고자 한다.
• 에이전트 간 상호작용 프로토콜를 재사용 가능한 일급 프로그래밍 요소로 추상화하여, 통신 집약적인 MAS의 개발 및 디버깅 오버헤드를 줄이고자 한다.
• 일반적이고 형식적으로 명세된 아키텍처를 통해 대화 관리의 플랫폼에 종속되지 않는 통합을 가능하게 하고자 한다.
• 프로토콜 정의를 중앙집중화하고 일관된 대화 흐름을 강제함으로써 보안성, 예측 가능성, 신뢰성 있는 에이전트 간 통신을 지원하고자 한다.
• 특정 AOP 언어나 프레임워크에 종속되지 않는 표준 XML 기반의 프로토콜 기술 형식을 통해 개발자 간의 상호운용성과 공통 이해를 촉진하고자 한다.

제안 방법

• 대화 흐름을 모델링하기 위해 명시적인 상태, 전이 및 변수 바인딩을 갖춘 유한 상태 기계로 상호작용 프로토콜를 형식화한다.
• 프레디케이트(Match, Triggers, Advances 등)와 함수(Append, Combine, New Conversation 등)를 사용하여 프로토콜 실행을 명세하는 형식적인 운영 의미론을 정의한다.
• 다양한 AOP 프레임워크와의 통합을 가능하게 하기 위해 메시지 전송 서비스, 프로토콜 관리자, 대화 관리자 등의 컴포onent을 포함한 일반적이고 프레임워크에 종속되지 않는 아키텍처를 설계한다.
• 자바 기반의 Agent Factory 프레임워크를 사용하여 ACRE의 레퍼런스 시스템을 구현함으로써, 다양한 AOP 언어와의 호환성을 입증한다.
• 프로토콜 생성, 관리 및 에이전트 대화의 런타임 점검을 지원하기 위해 그래픽 도구와 디버거 플러그인을 제공한다.
• 플랫폼에 종속되지 않는 상호운용성과 재사용을 가능하게 하기 위해 프로토콜 저장소를 위한 표준 XML 스키마를 정의한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 MAS에서 상호작용 프로토콜를 구조적이고 유지보수 가능한 일급 프로그래밍 구성요소로 모델링하고 관리하는 방법은 무엇인가?
• RQ2 다양한 구현 및 플랫폼 간에서 일관되고 예측 가능한 에이전트 대화 실행을 보장하기 위해 필요한 형식적 의미론은 무엇인가?
• RQ3 ACRE를 통해 대화 관리를 통합함으로써 통신 집약적인 MAS 응용 프로그램의 개발 복잡도가 얼마나 감소하고 신뢰성이 향상되는가?
• RQ4 다양한 에이전트 개발 프레임워크와 AOP 언어와의 통합을 지원하기 위해 일반적이고 프레임워크에 종속되지 않는 아키텍처를 어떻게 설계할 수 있는가?
• RQ5 표준화된 플랫폼에 종속되지 않는 프로토콜 기술 형식은 MAS 시스템에서 개발자 간의 상호운용성과 공통 이해를 향상시키는 데 기여하는가?

주요 결과

• ACRE의 형식적인 운영 의미론은 어떤 프로그래밍 언어로도 일관된 대화 관리 구현을 가능하게 하여 정확성과 이식성을 보장한다.
• 일반 아키텍처는 Agent Factory, JADE, Jason 등 다양한 AOP 프레임워크와의 통합을 가능하게 하며, 기반 플랫폼 기능에 대해 최소한의 가정을 필요로 한다.
• Agent Factory 프레임워크를 사용한 자바 기반의 레퍼런스 구현은 ACRE가 기존 에이전트 개발 파이프라인에 원활하게 통합될 수 있음을 입증한다.
• 학부생 및 대학원생을 대상으로 한 평가 결과, ACRE는 개발자의 인지적 부담이나 구현 난이도를 증가시키지 않았지만, 코드의 예측 가능성과 신뢰성은 크게 향상시켰다.
• 주관적 분석 결과, ACRE를 사용한 개발자들은 잘못된 메시지 순서, 일관되지 않은 상태 처리, 보안이 확보되지 않은 프로토콜 흐름과 같은 일반적인 오류를 피했다.
• 표준 XML 기반의 프로토콜 형식은 실행 언어에 종속되지 않는 공통 프로토콜 정의를 가능하게 하여 팀 간 및 플랫폼 간의 재사용과 협업을 지원한다.