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EXTENDING THE FRAMEWORK TAO WITH NORMS FOR MULTI-AGENT

SYSTEMS

Emmanuel S. S. Freire – UECE – [email protected] I. Cortés – UECE – [email protected]

Enyo J. T. Gonçalves – UFC – [email protected]ânder S. Lopes – UECE– [email protected]

MACC – Mestrado Acadêmico em Ciência da ComputaçãoUECE – Universidade Estadual do Ceará

GESSI – Grupo de Engenharia de Software e Sistemas Inteligentes

WESAAC– Workshop-Escola de Sistemas de Agentes, seus Ambientes e Aplicações 2012 – Florianópolis

Agenda

2

Introdução Objetivo TAO Normas para Sistemas Multi-Agente Trabalhos Relacionados Estendendo TAO Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace) Conclusões e Trabalhos Futuros Referências Bibliográficas

Introdução

3

Projeto de Sistemas Complexos– Necessidade de entendimento dos conceitos relacionados.– Elaboração de solução coerente.

Agentes e Sistemas Multiagentes– Um agente é uma entidade capaz de perceber seu ambiente

por meio de sensores e de agir sobre esse ambiente por intermédio de atuadores.

– No caso de vários agentes cooperando ou disputando entre si, inseridos em um mesmo ambiente e trocando informações, chamamos esse sistema de multiagentes (SMAs).

Introdução

4

Normas para SMAs Regulam o comportamento dos agentes por meio da descrição

de ações que: Podem ser executadas (permissões), Devem ser executadas (obrigações). Não devem ser executadas (proibições).

Objetivo

5

Pesquisa por frameworks conceituais e modelos organizacionais capazes de representar os elementos típicos de um SMA juntamente com normas.

Extensão do framework TAO para a inclusão dos conceitos relacionados com normas.

Modelagem de um estudo de caso utilizando os elementos e relacionamentos incluídos na extensão proposta.

TAO

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O framework TAO (Taming Agents and Objects) tem como principal função oferecer uma ontologia que englobe os fundamentos da Engenharia de Software baseada em agentes e objetos.

Oferece suporte ao desenvolvimento de sistemas multi-agentes (SMAs) de larga escala.

A partir da ontologia definida no TAO, foi definida a linguagem MAS-ML que é capaz de oferecer suporte ao desenvolvimento de sistemas multi-agentes (SMAs) de larga escala.

TAO

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Relacionamentos e Entidades definidas no TAO

Figura 1 - Os relacionamentos e as entidades do TAO .

Normas para Sistemas Multi-agente

8

As normas são utilizadas para restringir o comportamento de agentes, organizações e suborganizações durante um período de tempo, e definir as sanções aplicadas quando violadas ou cumpridas.

Uma norma é composta pelos seguintes elementos: Conceitos Deônticos, Entidades Envolvidas, Ações, Restrições de Ativação, Sanções, e Contexto.

Trabalhos Relacionados

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Framework Conceitual d’Inverno e Luck Apresenta uma hierarquia composta por quatro camadas

compreendendo entidades, objetos, agentes e agentes autônomos.

Pontos Fracos A entidade ambiente possui apenas características estruturais,

não apresentando operações; O framework conceitual não define nenhum aspecto dinâmico

associado às entidades propostas; Não provê elementos para definir corretamente normas.


10

Framework Conceitual Yu e Schmid Baseado em papéis e orientado a agentes. Definem as propriedades e relacionamentos dos papéis.

Pontos Fracos Apesar de os agentes serem definidos como uma entidade que

exerce papéis, o framework não define as propriedades de agentes e os relacionamentos entre agentes e papéis.

Não define as propriedades de organização e seu relacionamento com papéis.

Não define ambientes. Não permite a descrição dos elementos que compõem as

normas e só restringem o comportamento dos agentes através de papéis.


11

KAoS Define suas abstrações como extensões de objetos. As abstrações definidas são entidade, relacionamentos e

agentes.

Pontos Fracos Não considera ambientes, organizações nem papéis. Não está bem clara a diferença entre entidade e agente. Não define aspectos dinâmicos relacionados com suas

abstrações. Só permite a descrição de políticas para restringir o acesso as

propriedades das suas abstrações.


12

Moise + É um modelo organizacional baseado no modelo Moise. Apresenta uma visão baseada em organização que possui

planos, papéis e restrições.

Pontos Fracos Não permite a especificação de ambientes. Não permite a definição das propriedades de agentes. Não permite a especificação de normas para agentes e

ambientes. Não permite a definição de sanções.


13

OperA É um modelo organizacional que permite a especificação de MAS

por meio da distinção entre as características de um modelo organizacional e o comportamento dos agentes nesse modelo.

OperA permite a definição de normas de obrigação, permissão e proibição para agentes, grupos de agentes e papéis de agentes no contexto de uma organização.

Pontos Fracos Não permite a especificação das características estruturais de

agentes e ambientes. Não permite a definição de recompensas, somente punições. Não restringi o comportamento de agentes no contexto de um

ambiente.

Estendendo TAO

14

A extensão do TAO é baseada na inclusão dos elementos que compõem as normas.

Portanto, foi definido a entidade Norm juntamente com os relacionamentos Context, Restrict, SanctionReward e SanctionPunishment.

Estendendo TAO

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Figura 2 – TAO estendido.

Estendendo TAO

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Norm A norma é um elemento que restringi o comportamento de

agentes, papéis de agente, organizações e sub-organizações. Uma norma restringi o comportamento dessas entidades durante um período de tempo e aplica sanções quando violadas ou cumpridas.

Uma norma possui um estado e propriedades comportamentais. O estado de uma norma armazena o recurso que pode ser uma

entidade ou uma propriedade de uma entidade. O comportamento se baseia nos conceitos deônticos e nas

restrições de ativação.

Estendendo TAO

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_______________________Norm________________________Norm_Class Norm_Class_NameRestriction_Type Deontic_Concept_NameResource <Element_Class_Name.property >Activation_Constraint setOf{Constraint_Type Constraint

_Type_Name : (<Element_Class_Name_First> and/or <Element_Class_Name_Second>) or <date> or <Element_Class_Name.property : Operator = (Element_ Class_Name.property) or value)>}Relationships setOf {Relationship_Name}

End Norm_Class______________________________________

Estendendo TAO

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Relacionamentos Context

Define o contexto de aplicação da norma. Um contexto pode ser um ambiente, uma organização ou uma sub-organização.

Restrict Define qual entidade terá o seu comportamento restringido pela

norma. As entidades que podem ser restringidas são: agente, ambiente, organização, sub-organização e papel de agente.

SanctionReward Define a recompensa que a entidade que cumpriu a norma receberá.

SanctionPunishment Define a punição que a entidade que violou a norma receberá.

Estendendo TAO

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_________________Relationship________________Relationship Relationship_NameCONTEXT : context, norm| RESTRICT : element, norm| SANCTION_REWARD : reward, norm| SANCTION_PUNISHMENT : punishment, normEnd Relationship______________________________

Estendendo TAO

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Alterações no Papel de Agente_________________Agent_Role_________________Agent_Role_Class Agent_Role_Class_NameGoals setOf{Goal_Name}Beliefs setOf{Belief_Name}Actions setOf{Action_Name}Protocols setOf{Interaction_Class_Name}U

setOf{Rule_Name}Commitments setOf{Action_Name}Relationships setOf{Relationship_Name}End Agent_Role_Class_________________________

Estendendo TAO

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Alterações na Organização____________________Organization____________________

Organization_Class Organization_Class_NameNorms setOf{Norm_Name}

Actions setOf{Action_Name}Relationships setOf{Relationship_Name}

end Organization_Class_______________________________

Estendendo TAO

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Alterações no Ambiente___________________Environment_____________________

Environment_Class Environment_Class_NameNorms setOf{Norm_Name}Behavior setOf{Properties}

Relationships setOf{Relationship_Name}Events generated: setOf{Event_Name}, perceived:

setOf{Event_Name}end

Environment_Class________________________________

Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)

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Mercados virtuais são mercados localizados na Web em que os usuários compram e vendem itens.

Cada um é composto por um mercado principal em que os usuários podem negociar qualquer tipo de item. Além disso, o mercado principal define dois tipos: Mercados de produtos especiais: negociam itens caros e de alta

qualidade, e Mercados de produtos usados: negociam itens de baixa qualidade e

preço baixo. Os usuários podem:

Comprar itens no mercado principal, em mercados de produtos especiais e em mercados de produtos usados, e

Vender seus itens nos mercados de produtos usados.

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No mercado principal e nos mercados de produtos especiais, os usuários compram os itens disponíveis no mercado.

O mercado principal avalia os lucros, portanto, os mercados de produtos especiais e usados devem enviar as informações relativas às vendas para o mercado principal.

No mercado principal e nos mercados de produtos especiais, os usuários procuram um vendedor e enviam uma descrição do item desejado.

O vendedor, criado pelo mercado para negociar com o comprador, é responsável por verificar se há um item com as mesmas características no ambiente (o mercado virtual).


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O ambiente armazena todos os itens que serão vendidos nesses mercados. Se o item for encontrado, o vendedor negociará com o comprador.

Nos mercados de produtos usados, os vendedores e os compradores são os usuários. Os usuários que desejam vender itens devem anunciá-los. Os usuários que desejam comprar devem procurar anúncios no

mercado. Se o comprador encontrar o item desejado, ele começará uma

negociação com o vendedor.


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Entidades do Mercado Virtual (Virtual Marketplace) Ambiente: Virtual Marketplace Organização principal: General Store

Papéis de Agente: Buyer, Manager e Seller. Papéis de Objeto: Desire e Offer.

Suborganizações: Imported Bookstore, que exerce o papel Market of Special Goods Second-hand Bookstore, que exerce o papel Market of Used Goods.

Agentes: User agent, que pode exercer o papel Buyer, Store agent, que pode exercer os papéis Manager e Seller.

Objetos: Item e suas especializações: Book, SecondHandBook e ImportedBook.


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Normas para o Mercado Virtual N1 estabelece que os vendedores (entidade envolvida) da

organização General Store (contexto) têm permissão (conceito deôntico) para atualizar (ação) o estoque de itens (recurso).

_________________________N1_________________________Norm_Class N1Restriction_Type PermissionResource Good.updateQuantity Relationships setOf{Context_VirtualMarketPlace_N1,

Restrict_Seller_N1} End

Norm_Class______________________________________


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Normas para o Mercado Virtual (Continuação) N2 define que os compradores (entidade envolvida) da

organização General Store (contexto) são obrigados (conceito deôntico) a pagar pelos itens (ação) depois que eles comprarem esses itens (restrição de ativação). A norma N2 aplica uma punição (sanção) que é a norma N3.

N3 define que o dado comprador (entidade envolvida) é proibido (conceito deôntico) de comprar itens (ação).


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Normas para o Mercado Virtual (Continuação)__________________________________N2_________________________________

Norm_Class N2

Restriction_Type Obligation

Resource Buyer.payGood

Activation_Constraint {after : Buyer.buyGood}

Relationships setOf{Context_GeneralStore_N2, Restrict_ Buyer _N2, Sanction_N3_N2}

End Norm_Class_______________________________________________________

_______________________________N3____________________________________

Norm_Class N3

Restriction_Type Prohibition

Resource Buyer.buyGood

Relationships setOf{Context_GeneralStore_N3, Restrict_ Buyer _N3}

End Norm_Class_______________________________________________________


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Considerando o limitado suporte fornecido por TAO para a representação de normas juntamente com as entidades típicas que fazem parte de um SMA, este artigo apresenta a extensão do TAO de forma a possibilitar a representação dos conceitos relacionados a normas, juntamente com conceitos deônticos, entidades envolvidas, ações, restrições de ativação, sanções e contexto.

A extensão realizada envolve a definição de uma nova abstração, Norm, e quatro relacionamentos: (i) Context, (ii) Restrict, (iii) SanctionReward, (iv) SanctionPunishment.

Adicionalmente, as entidades AgentRole, Environment e Organization foram alteradas devido à extensão.

Conclusão e Trabalhos Futuros

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Como trabalhos futuros, serão abordados os seguintes itens: A formalização dos templates propostos; A integração das arquiteturas internas definidas em Russel e Norvig

(2004) com os elementos normativos; A nova extensão do TAO considerando as arquiteturas.

Conclusão e Trabalhos Futuros

32

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Gonçalves, E. J. T., Farias, K., Cortés, M. I., Feijó, A. R., Oliveira, F. R. and Silva, V. T. (2011). MAS-ML TOOL - A Modeling Environment for Multi-agent Systems, In: The International Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2011), Beijing, China.

Referências Bibliográficas

33

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34

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35

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