Hệ thống đa tác tử JADE

Phần này giới thiệu khái niệm tác tử, nhấn mạnh vào tính tự chủ và khả năng tương tác của chúng với môi trường và người dùng. Mặc dù chưa có định nghĩa thống nhất, nhưng các tác tử đều là phần mềm máy tính đặc biệt, có thể tự chủ và tương thích với nhiều hệ thống khác nhau. Chúng có thể hoạt động như một tác tử người dùng hoặc đại diện cho client để thực hiện các mục tiêu riêng. Hệ thống đa tác tử (MAS - Multiagent System) được mô tả là một tập hợp các tác tử, có thể có mục tiêu chung hoặc riêng biệt, tương tác gián tiếp (qua môi trường) hoặc trực tiếp (qua giao tiếp và thương lượng). MAS được sử dụng để mô hình hóa các hệ thống phức tạp, trong đó các tác tử có thể hợp tác hoặc cạnh tranh để đạt được mục tiêu của mình. Khái niệm này đặt nền móng cho việc hiểu về cấu trúc và hoạt động của các hệ thống phức tạp được xây dựng dựa trên sự tương tác giữa các tác tử độc lập.

Phần này phân tích các kiến trúc tác tử, những cơ chế hỗ trợ hành vi của tác tử trong môi trường động và mở. Kiến trúc tác tử được chia thành bốn nhóm chính: dựa trên logic, phản ứng, BDI và phân lớp. Kiến trúc gộp (một loại kiến trúc phản ứng) được đề cập, nhấn mạnh vào việc ánh xạ trực tiếp tình huống sang hành động dựa trên dữ liệu cảm biến. Kiến trúc này, mặc dù đơn giản, nhưng không có khả năng lập kế hoạch và học hỏi từ kinh nghiệm. Kiến trúc BDI (Belief, Desire, Intention), được coi là phổ biến nhất, dựa trên lý thuyết logic và mô hình niềm tin, mong muốn và dự định của tác tử. Hệ thống lập luận theo thủ tục (PRS) là một ví dụ nổi bật, quản lý bốn cấu trúc dữ liệu chính: niềm tin, tác vụ, ý định và kế hoạch. Bộ phận phiên dịch chịu trách nhiệm cập nhật niềm tin, tạo tác vụ mới và lựa chọn hành động dựa trên ý định và kiến thức thủ tục. Kiến trúc phân lớp được đề cập đến, nhưng chi tiết không được trình bày đầy đủ trong phần này.

Phần này định nghĩa tác tử di động như một loại tác tử đặc biệt, kế thừa các đặc tính của tác tử thông thường (tự chủ, phản ứng, hướng đích, tính xã hội) nhưng có thêm khả năng di chuyển giữa các nền tảng để thực hiện nhiệm vụ. Tác tử di động được xem như một chương trình với thực thể duy nhất, có thể di chuyển code, dữ liệu và trạng thái giữa các máy mạng. Hai loại di chuyển được phân biệt: di chuyển mạnh (phức tạp hơn, đòi hỏi bảo vệ và lưu trạng thái trong quá trình di chuyển) và di chuyển yếu (đơn giản hơn, code được cấu tạo như máy trạng thái, cần biến để duy trì thông tin trạng thái). Các vấn đề liên quan đến tính linh hoạt, tiêu chuẩn hóa (FIPA thường cần thiết) và bảo mật (đặc biệt với tác tử di động) cũng được nêu ra. Phần này cũng đề cập đến các thành phần của tác tử di động: code, trạng thái và dữ liệu, nhấn mạnh sự khác biệt giữa hai loại di chuyển.

Phần này thảo luận về đặc tả FIPA (Foundation for Intelligent Physical Agents), một tập hợp các tiêu chuẩn phổ biến và được chấp nhận rộng rãi trong việc phát triển các nền tảng và ứng dụng đa tác tử. FIPA cung cấp một khuôn khổ chuẩn để các tác tử có thể tương tác với nhau, định nghĩa các giao thức và ngôn ngữ giao tiếp. Đặc tả FIPA được xem là nền tảng quan trọng cho sự phát triển của ngành công nghiệp đa tác tử, giúp tạo ra các hệ thống có thể tích hợp với nhau một cách liền mạch. Việc tuân thủ các đặc tả FIPA đảm bảo tính tương thích giữa các nền tảng khác nhau, mở rộng khả năng ứng dụng của các hệ thống đa tác tử. Mục tiêu chính của FIPA là chuẩn hoá các hành vi bên ngoài của các thành phần trong hệ thống, bỏ qua các chi tiết kiến trúc và cài đặt bên trong, đảm bảo sự kết nối liền mạch giữa các nền tảng khác nhau. FIPA cũng đề cập đến quản lý tác tử, giao tiếp tác tử, kiến trúc tác tử trừu tượng, các phiên bản FIPA 97, FIPA 98 và FIPA 2000 cũng được nhắc đến, nhấn mạnh sự phát triển và nâng cấp của đặc tả này qua thời gian.

JADE (Java Agent Development Framework) được giới thiệu như một nền tảng cụ thể tuân thủ các đặc tả FIPA. Nó không chỉ tuân theo mà còn mở rộng mô hình FIPA trong một số lĩnh vực, đặc biệt là hỗ trợ tác tử cho thiết bị di động và tác tử cho dịch vụ web. JADE được xem là một sự hiện thực hóa của các đặc tả FIPA, nhưng cũng có những mở rộng riêng biệt. Sự tương thích giữa JADE và FIPA được nhấn mạnh, đặc biệt là với phiên bản FIPA2000, đảm bảo khả năng tương tác đầy đủ giữa các hệ thống được xây dựng trên hai nền tảng này. JADE, với tư cách là mã nguồn mở được phân phối bởi Telecom Italia theo giấy phép LGPL, cung cấp đầy đủ các tài liệu, mã nguồn ví dụ và hỗ trợ cộng đồng. Website chính thức của JADE cũng được đề cập, nhấn mạnh vào tính cộng đồng và mở của dự án này. JADE được thiết kế với kiến trúc peer-to-peer, cho phép tác tử dễ dàng tham gia và rời khỏi nền tảng, tương tác với nhau thông qua các dịch vụ white-page và yellow-page, được cung cấp bởi AMS và DF, được định nghĩa bởi FIPA.

Phần này tập trung vào hai thành phần quan trọng trong kiến trúc FIPA: Agent Management System (AMS) và Directory Facilitator (DF). AMS là thành phần bắt buộc, chịu trách nhiệm quản lý các tác tử, bao gồm tạo mới, xóa tác tử, và theo dõi trạng thái của chúng (active, suspended, waiting). Mỗi tác tử cần đăng ký với AMS để nhận Agent Identifier (AID), một định danh duy nhất. AMS quản lý các AID và các thông tin mô tả tác tử, cho phép sửa đổi trong phạm vi cho phép. DF, là thành phần tùy chọn, cung cấp dịch vụ giống như “trang vàng”, giúp các tác tử tìm kiếm và đăng ký dịch vụ của nhau. DF duy trì một danh sách các tác tử và dịch vụ, cung cấp thông tin một cách không phân biệt đối xử. Một AP có thể hỗ trợ nhiều DF, và các DF này có thể hợp nhất thành một liên đoàn để mở rộng phạm vi tìm kiếm dịch vụ. Sự tồn tại của AMS và DF tạo nên nền tảng quan trọng cho việc quản lý và tương tác giữa các tác tử trong một hệ thống đa tác tử.

Phần này trình bày về một hướng tiếp cận khác trong xây dựng phần mềm, đó là kiến trúc dựa trên tác tử. Do sự phát triển phức tạp của phần mềm hiện đại, việc kiểm soát và quản lý trở nên khó khăn. Kiến trúc dựa trên tác tử được đề xuất như một giải pháp thay thế, hứa hẹn giải quyết các vấn đề phát sinh từ sự phức tạp ngày càng tăng của phần mềm. Phương pháp này tập trung vào việc xây dựng các chương trình mang tính đặc thù, tận dụng khả năng tự chủ và tương tác của các tác tử để mô hình hóa và giải quyết các vấn đề phức tạp trong hệ thống. Việc sử dụng các tác tử giúp phân chia nhiệm vụ, tăng tính mô đun và khả năng mở rộng của hệ thống. Thay vì tiếp cận theo cách truyền thống, kiến trúc này tập trung vào sự tương tác và cộng tác giữa các tác tử, cho phép hệ thống thích ứng và phản hồi tốt hơn trong môi trường động.

Hệ thống đa tác tử (MAS) được chứng minh là có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp. Một số ví dụ được đưa ra bao gồm kiểm soát tiến trình, chẩn đoán hệ thống, dịch vụ vận tải và quản lý mạng. Trong các hệ thống này, các tác tử đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý, điều khiển và giám sát các thành phần khác nhau. Khả năng tương tác và tự chủ của các tác tử cho phép hệ thống phản ứng nhanh chóng và hiệu quả trước các thay đổi và sự cố. MAS mang lại hiệu quả cao trong việc xử lý thông tin và ra quyết định trong các môi trường phức tạp và phân tán. Việc áp dụng MAS trong các ngành công nghiệp này giúp tối ưu hóa quy trình, nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí.

Internet được xem là một môi trường lý tưởng cho việc triển khai hệ thống đa tác tử do bản chất phân tán tự nhiên và lượng thông tin khổng lồ. MAS được sử dụng hiệu quả trong quản lý thông tin, đặc biệt là trong việc tìm kiếm và lọc thông tin trên Internet. Các tác tử có thể được lập trình để thực hiện các nhiệm vụ tìm kiếm, phân tích và tổng hợp thông tin một cách tự động. Trong lĩnh vực thương mại điện tử và quản lý tiến trình nghiệp vụ, MAS đóng vai trò quan trọng trong việc tự động hóa các quy trình và tối ưu hóa hoạt động. Ứng dụng trong viễn thông cũng được đề cập đến, nhấn mạnh vào khả năng quản lý các mạng lưới lớn và phân tán, giám sát và điều khiển các thành phần trong thời gian thực. Tính cạnh tranh trong thị trường viễn thông cũng được đề cập, trong đó MAS đóng vai trò giúp các công ty cung cấp dịch vụ tốt hơn, nhanh hơn và đáng tin cậy hơn.

Trong JADE, các tác vụ được thực hiện thông qua các lớp mở rộng từ lớp jade.core.behaviours.Behaviour, được định nghĩa bằng việc cài đặt các phương thức action() và done(). Phương thức action() thực thi công việc chính của Behaviour, được gọi và chạy cho đến khi hoàn tất. Phương thức done() trả về giá trị boolean cho biết Behaviour đã hoàn thành hay chưa, và sau đó Behaviour sẽ được xóa khỏi luồng hành vi của tác tử. Một tác tử có thể thực thi đồng thời nhiều Behaviour, tuy nhiên việc lập lịch không ưu tiên như threads của Java mà có sự hợp tác giữa các Behaviour. Khi một Behaviour được lập lịch, phương thức action() của nó được gọi và chạy đến khi hoàn thành trước khi chuyển sang Behaviour khác. Việc thiết kế Behaviour hiệu quả là chìa khóa cho hiệu suất của tác tử trong JADE.

Gửi thông điệp giữa các tác tử trong JADE đơn giản bằng cách điền thông tin vào đối tượng ACLMessage và gọi phương thức send() của lớp Agent. Ngôn ngữ FIPA-ACL được sử dụng, với các performative (ví dụ: CFP, PROPOSAL) có ngữ nghĩa được định nghĩa rõ ràng. Nội dung thông điệp có thể chứa thông tin cụ thể của nhiệm vụ (ví dụ: tiêu đề sách muốn mua trong thông điệp CFP). Để xử lý các cuộc hội thoại phức tạp, JADE hỗ trợ nhiều giao thức tương tác được định nghĩa bởi FIPA, ví dụ như 'Contract-net' protocol, có thể được thực hiện dễ dàng bằng lớp jade.proto.ContractNetInitiator. Các giao thức này giúp cấu trúc và quản lý các tương tác phức tạp giữa các tác tử, đảm bảo tính hiệu quả và chính xác của giao tiếp.

Phần này đề cập đến vấn đề tương tác giữa tác tử JADE và GUI, nhấn mạnh vào việc quản lý luồng và tránh các vấn đề đồng bộ. Việc cập nhật GUI từ bên trong luồng thực thi của tác tử có thể gây ra vấn đề bất ngờ do các vấn đề đồng bộ. Các framework GUI như AWT, Swing, MIDP cung cấp phương thức đặc biệt để xếp một đối tượng Runnable và thực hiện đồng bộ trên luồng sự kiện của GUI. Thực hành lập trình tốt yêu cầu sử dụng các mô hình lập trình giao tiếp thích hợp giữa các luồng tác tử và GUI. Khi có sự kiện AWT (ví dụ người dùng nhấn nút), phương thức actionPerformed() được gọi và nên chuẩn bị một đối tượng JADE Behaviour để thực hiện trên luồng sự kiện. Cần tránh cập nhật GUI từ luồng bên trong tác tử để tránh vấn đề đồng bộ hóa.

Để xây dựng các tác tử phức tạp, JADE cho phép hợp nhất các hành vi đơn giản thành các hành vi phức tạp hơn. Lớp CompositeBehaviour cung cấp các phương thức scheduleFirst() và scheduleNext() để lập lịch các hành vi con. Lớp ParallelBehaviour được giới thiệu cho phép lập lịch các hành vi con một cách song song. Việc lập lịch này có tính chất hợp tác, không ưu tiên, mỗi khi phương thức action() của hành vi song song được thực thi, nó sẽ gọi action() của hành vi con hiện tại rồi chuyển sang hành vi con tiếp theo, bất kể hành vi con trước đã hoàn thành hay chưa. Hành vi song song kết thúc khi tất cả hành vi con hoàn thành hoặc khi hành vi con đầu tiên hoàn thành. Cách tiếp cận này giúp đơn giản hóa việc xây dựng các tác tử phức tạp và nâng cao hiệu suất bằng việc loại bỏ các vấn đề đồng bộ.