[論文レビュー] Finding new routes for integrating Multi-Agent Systems using Apache Camel

Cleber Jorge Amaral, Sérgio Pereira Bernardes+5 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2019

Multi-Agent Systems and Negotiation参考文献 19被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、マルチエージェントシステム（MAS）と外部エンティティの間のシームレスな統合を可能にする2つのApache Camelコンポーネント—camel-jason および camel-artifact—を提案する。両者により、エージェント間（A-A）およびエージェントと環境間（A-E）の相互作用モデルをサポートする。Camelのルーティングおよびプロトコル中継機能を活用することで、自律的エンティティをエージェントとして、非自律的エンティティをアーティファクトとしてモデル化でき、統合ロジックをエージェントに負担させることなく、相互運用性、ルーティング、データ変換の簡素化が実現される。

ABSTRACT

In Multi-Agent Systems (MAS) there are two main models of interaction: among agents, and between agents and the environment. Although there are studies considering these models, there is no practical tool to afford the interaction with external entities with both models. This paper presents a proposal for such a tool based on the Apache Camel framework by designing two new components, namely camel-jason and camel-artifact. By means of these components, an external entity is modelled according to its nature, i.e., whether it is autonomous or non-autonomous, interacting with the MAS respectively as an agent or an artifact. It models coherently external entities whereas Camel provides interoperability with several communication protocols.

研究の動機と目的

• マルチエージェントシステム（MAS）において、エージェント間（A-A）およびエージェントと環境間（A-E）の統合モデルを両立する統一されたプラットフォームの不足を解消すること。
• 非自律的外部エンティティを強制的に「エージェント化」することを回避する実用的解決策を提供し、これにより複雑さの増大とパフォーマンスの低下を防ぐこと。
• IoTデバイス、ERPシステム、モバイルアプリケーションなど、多様な外部システムとの相互運用性を、標準化された通信プロトコルを通じて実現すること。
• Apache Camelによる抽象化により、ルーティング、データ変換、プロトコル処理をエージェントのロジックから分離し、統合関連の懸念を軽減すること。
• 1つの拡張可能な統合フレームワーク内で、自律的（エージェントとしてモデル化）および非自律的（アーティファクトとしてモデル化）な外部エンティティを統合すること。

提案手法

• Apache Camelのルーティングエンジンを活用し、エージェントと外部エンティティ間のメッセージフローを定義し、低レベルの通信詳細を抽象化する。
• 自律的である場合（例：プランナ、人間ユーザー）は外部エンティティをエージェントとしてモデル化し、非自律的である場合（例：マシン、センサー）はアーティファクトとしてモデル化する。
• Camelが提供する豊富な既存コンポーネント（例：MQTT、HTTP、JMS）を活用し、異種通信プロトコルのサポートを実現する。
• JaCaMoプラットフォームにコンポーネントを統合し、エージェントが標準ACLメッセージまたはアーティファクト操作を用いて外部エンティティと相互作用できるようにする。
• CamelのDSLを用いてcamelルートを定義し、メッセージヘッダー（例：ArtifactName、OperationName）およびルーティングロジックを指定することで、型安全かつ合成可能な統合を実現する。
• camel-jasonおよびcamel-artifactコンポーネントを設計および実装し、A-A統合用およびA-E統合用にそれぞれ対応させる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 1つのMAS統合フレームワーク内で、エージェント間（A-A）およびエージェントと環境間（A-E）の相互作用モデルをどのようにネイティブにサポートできるか？
• RQ2 非自律的外部エンティティの強制的エージェント化を回避することで、システムの複雑さとパフォーマンスにどのような影響が生じるか？
• RQ3 Apache Camelが、異種外部システムとの統合に向け、スケーラブルかつ相互運用可能なミドルウェア層としてどの程度機能できるか？
• RQ4 エージェントプログラムが多様な外部エンティティと通信しつつも、統合関連の懸念からどのようにして分離できるか？
• RQ5 Camelベースのコンポーネントによるルーティング、プロトコル中継、データ変換の実装が、MAS統合においてどのような実用的利点をもたらすか？

主な発見

• 提案されたcamel-jasonおよびcamel-artifactコンポーネントは、1つのMASフレームワーク内でA-AおよびA-Eの両方の相互作用モデルを効果的にサポートし、異種外部エンティティとの統合を可能にした。
• 自律性に応じて外部エンティティが適切にモデル化されている：自律的システムはエージェントとして、非自律的システムはアーティファクトとしてモデル化され、不要なエージェント化が回避された。
• Apache Camelのルーティングおよび中継機能により、MQTT、HTTPなど多様なプロトコル間の相互運用性が簡素化され、カスタム統合コードの必要性が低減した。
• 統合ロジックがエージェントコードから抽象化され、エージェントは推論と調整に集中できる一方で、Camelがメッセージルーティング、変換、プロトコル翻訳を処理する。
• Camelの豊富なエコシステムを活用することで、拡張性が実現され、IoTデバイス、ERPシステム、モバイルアプリケーションなどへの統合が可能になった。
• 産業4.0の実世界のシナリオにおいて実用的であることが示された。例えば、プランナ（エージェント）がマシン（アーティファクト）と人間のステークホルダー（エージェント）を、標準化され、合成可能なルートを通じて効果的に統合している。