[论文解读] FIPA agent based network distributed control system

V. Gyurjyan, D. Abbott+4 more|arXiv (Cornell University)|May 12, 2003

Service-Oriented Architecture and Web Services参考文献 1被引用 11

一句话总结

本文提出了一种符合FIPA标准的基于代理的分布式控制系统，用于高能物理实验，采用JADE作为FIPA实现，并使用一种自定义的基于XML/RDFS的本体语言（COOL），以实现异构控制系统的动态、即插即用集成。该系统通过高层中介代理和遗留系统自动包装器生成，实现了容错能力和实时重构。

ABSTRACT

A control system with the capabilities to combine heteregeneous control systems or processes into a uniform homogeneous environment is discussed. This dynamically extensible system is an example of the software system at the agent level of abstraction. This level of abstraction considers agents as atomic entities that communicate to implement the functionality of the control system. Agents engineering aspects are addressed by adopting the domain independent software standard, formulated by FIPA. Jade core Java classes are used as a FIPA specification implementation. A special, lightweight, XML RDFS based, control oriented, ontology markup language is developed to standardize the description of the arbitrary control system data processor. Control processes, described in this language, are integrated into the global system at runtime, without actual programming. Fault tolerance and recovery issues are also addressed.

研究动机与目标

• 解决异构高能物理控制系统中的互操作性、可扩展性和用户界面标准化挑战。
• 开发一种以软件为中心的开放式架构控制系统，将重点从硬件转向软件抽象。
• 实现在运行时对多样化控制流程和遗留系统进行集成，而无需底层编程。
• 通过自主代理协调与恢复机制，确保容错能力和动态重构。

提出的方法

• 采用FIPA代理参考模型，以标准化代理通信、发现和管理。
• 使用JADE实现代理平台，JADE是一种符合FIPA的Java框架，提供AMS、DF和ACC服务。
• 设计一种基于RDFS和XML命名空间的轻量级、可扩展的本体语言（COOL），用于语义描述控制系统组件。
• 开发专门的高层中介代理（Hepatic、Thalamus、Cortex），用于平台管理、协调和外部系统集成。
• 使用Protégé-2000编写基于COOL的控制系统知识库，定义控制流程和GUI组件的类、属性和实例。
• 从COOL或CLIPS描述中自动生成功能包装器代理，将遗留控制软件封装并暴露于多代理环境中。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何将高能物理实验中的异构控制系统集成到一个统一、可扩展且互操作的控制系统环境中？
• RQ2 基于代理的软件架构在实现分布式控制系统的动态重构和容错能力方面发挥什么作用？
• RQ3 如何设计一种领域特定的本体语言，以语义化方式描述控制流程，并实现机器可解析的集成？
• RQ4 FIPA兼容的代理平台能否有效管理复杂控制系统中的实时协调与恢复？
• RQ5 如何将非代理控制软件和硬件无缝集成到基于代理的控制系统框架中？

主要发现

• 该系统成功通过COOL本体实现了控制流程的动态集成，支持即插即用添加新组件而无需重新编程。
• 高层中介代理（Hepatic、Thalamus、Cortex）实现了稳健的系统协调、故障检测以及崩溃代理和容器的自动恢复。
• Cortex代理能够自动从COOL或CLIPS描述中生成包装器代理，实现了对非代理控制系统的无缝集成。
• 使用JADE作为FIPA兼容平台，确保了分布式代理之间的一致性和互操作性。
• COOL本体提供了一种机器可解析、可扩展且模块化的框架，用于描述控制系统语义，包括GUI组件。
• 原型验证了面向软件的、基于代理的控制系统架构在未来的高能物理实验中的可行性。