Come Programmare un Sistema Multiagente con JADE
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- Ambrogio Di Matteo
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1 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 1/33 Come Programmare un Sistema Multiagente con JADE Una introduzione a JADE Nicola Gatti DIPARTIMENTO DI ELETTRONICA E INFORMAZIONE, POLITECNICO DI MILANO
2 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 2/33 Outline Introduzione: Cos è un sistema multiagente? Cos è JADE?
3 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 2/33 Outline Introduzione: Cos è un sistema multiagente? Cos è JADE? Uno sguardo su JADE
4 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 2/33 Outline Introduzione: Cos è un sistema multiagente? Cos è JADE? Uno sguardo su JADE Programmazione di un sistema multiagente Paradigma dell agente Paradigma di interazione Protocollo di comunicazione Protocollo di interazione
5 Cos è un sistema multiagente? Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 3/33
6 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 4/33 Sistema multiagente (teoria) Collezione di entità chiamate agenti:
7 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 4/33 Sistema multiagente (teoria) Collezione di entità chiamate agenti: Autonomi
8 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 4/33 Sistema multiagente (teoria) Collezione di entità chiamate agenti: Autonomi Perseguono obiettivi
9 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 4/33 Sistema multiagente (teoria) Collezione di entità chiamate agenti: Autonomi Perseguono obiettivi Interagenti
10 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 4/33 Sistema multiagente (teoria) Collezione di entità chiamate agenti: Autonomi Perseguono obiettivi Interagenti Mobili
11 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 4/33 Sistema multiagente (teoria) Collezione di entità chiamate agenti: Autonomi Perseguono obiettivi Interagenti Mobili La collezione degli agenti può variare nel tempo
12 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza
13 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza Ragionamento Comportamenti
14 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza Ragionamento Comportamenti Multiagente :: Sistema software distribuito
15 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza Ragionamento Comportamenti Multiagente :: Sistema software distribuito Agenti su vari hosts
16 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza Ragionamento Comportamenti Multiagente :: Sistema software distribuito Agenti su vari hosts Agenti mobili
17 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza Ragionamento Comportamenti Multiagente :: Sistema software distribuito Agenti su vari hosts Agenti mobili Agenti interagenti
18 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza Ragionamento Comportamenti Multiagente :: Sistema software distribuito Agenti su vari hosts Agenti mobili Agenti interagenti Interazione in piccolo Chiamate a metodi remoti (RPC - Remote Procedure Calling) Scambio di messaggi (Message Dispatching)
19 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 5/33 Sistema multiagente (pratica) Agente :: Sistema software dotato di intelligenza Ragionamento Comportamenti Multiagente :: Sistema software distribuito Agenti su vari hosts Agenti mobili Agenti interagenti Interazione in piccolo Chiamate a metodi remoti (RPC - Remote Procedure Calling) Scambio di messaggi (Message Dispatching) Interazione in grande Protocollo di comunicazione Protocollo di interazione
20 Cos è JADE? Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 6/33
21 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 7/33 JADE (1) Java Agent Development Environment (un ambiente di sviluppo Java per agenti)
22 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 7/33 JADE (1) Java Agent Development Environment (un ambiente di sviluppo Java per agenti) Middleware per sistemi multiagente Fornisce una infrastruttura software Lo sviluppatore deve sviluppare solo alcuni aspetti dell applicazione
23 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 7/33 JADE (1) Java Agent Development Environment (un ambiente di sviluppo Java per agenti) Middleware per sistemi multiagente Fornisce una infrastruttura software Lo sviluppatore deve sviluppare solo alcuni aspetti dell applicazione Cosa implementa autonomamente JADE:
24 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 7/33 JADE (1) Java Agent Development Environment (un ambiente di sviluppo Java per agenti) Middleware per sistemi multiagente Fornisce una infrastruttura software Lo sviluppatore deve sviluppare solo alcuni aspetti dell applicazione Cosa implementa autonomamente JADE: Gestione agente come unità remota Gestione di più hosts Mobilità tra hosts
25 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 7/33 JADE (1) Java Agent Development Environment (un ambiente di sviluppo Java per agenti) Middleware per sistemi multiagente Fornisce una infrastruttura software Lo sviluppatore deve sviluppare solo alcuni aspetti dell applicazione Cosa implementa autonomamente JADE: Gestione agente come unità remota Gestione di più hosts Mobilità tra hosts Dispatching di messaggi
26 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 7/33 JADE (1) Java Agent Development Environment (un ambiente di sviluppo Java per agenti) Middleware per sistemi multiagente Fornisce una infrastruttura software Lo sviluppatore deve sviluppare solo alcuni aspetti dell applicazione Cosa implementa autonomamente JADE: Gestione agente come unità remota Gestione di più hosts Mobilità tra hosts Dispatching di messaggi Libreria di comportamenti Libreria di protocolli di comunicazione Libreria di protocolli di interazione
27 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 8/33 JADE (2) Cosa non implementa autonomamente JADE:
28 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 8/33 JADE (2) Cosa non implementa autonomamente JADE: Motore inferenziale per l agente (JESS) Supporta ma non implementa le ontologie (RDF)
29 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 8/33 JADE (2) Cosa non implementa autonomamente JADE: Motore inferenziale per l agente (JESS) Supporta ma non implementa le ontologie (RDF) Scheduling real-time dei threads
30 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 8/33 JADE (2) Cosa non implementa autonomamente JADE: Motore inferenziale per l agente (JESS) Supporta ma non implementa le ontologie (RDF) Scheduling real-time dei threads Certezza di consegna del messaggio Dispatching real-time dei messaggi
31 Uno sguardo su JADE Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 9/33
32 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 10/33 Due agenti su JADE java -classpath "./lib/ jade.jar :./lib/ jadetools.jar :./lib/ base64.jar :./lib/ iiop.jar :./" jade.boot -gui r1:nicola.robot1 r2:nicola.robot2
33 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 10/33 Due agenti su JADE java -classpath "./lib/ jade.jar :./lib/ jadetools.jar :./lib/ base64.jar :./lib/ iiop.jar :./" jade.boot -gui r1:nicola.robot1 r2:nicola.robot2 Librerie di JADE
34 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 10/33 Due agenti su JADE java -classpath "./lib/ jade.jar :./lib/ jadetools.jar :./lib/ base64.jar :./lib/ iiop.jar :./" jade.boot -gui r1:nicola.robot1 r2:nicola.robot2 Librerie di JADE Classe principale: jade.boot
35 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 10/33 Due agenti su JADE java -classpath "./lib/ jade.jar :./lib/ jadetools.jar :./lib/ base64.jar :./lib/ iiop.jar :./" jade.boot -gui r1:nicola.robot1 r2:nicola.robot2 Librerie di JADE Classe principale: jade.boot Interfaccia grafica -gui
36 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 10/33 Due agenti su JADE java -classpath "./lib/ jade.jar :./lib/ jadetools.jar :./lib/ base64.jar :./lib/ iiop.jar :./" jade.boot -gui r1:nicola.robot1 r2:nicola.robot2 Librerie di JADE Classe principale: jade.boot Interfaccia grafica -gui Agenti: r1 e r2
37 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 11/33 Componenti Principali RMA (Remote Management Agent) Interfaccia grafica DF (Directory Facilitator) Pagine gialle AMS (Agent Management System) Pagine bianche
38 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 11/33 Componenti Principali RMA (Remote Management Agent) Interfaccia grafica DF (Directory Facilitator) Pagine gialle AMS (Agent Management System) Pagine bianche SA (Sniffer Agent) Sniffer di messaggi IA (Introspector Agent) Monitoraggio delle attività dell agente
39 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 12/33 Infrastruttura di Rete (1) Host pricipale Main Container RMI Registry Directory Facilitator AMS Introspector Agent Sniffer Agent Agenti dello sviluppatore
40 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 12/33 Infrastruttura di Rete (1) Host pricipale Main Container RMI Registry Directory Facilitator AMS Introspector Agent Sniffer Agent Agenti dello sviluppatore Altri hosts Container Introspector Agent Sniffer Agent Agenti dello sviluppatore
41 Infrastruttura di Rete (2) Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 13/33
42 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 14/33 Due Agenti su Più Hosts Host principale (ngatti.elet.polimi.it): java -classpath "./lib/jade.jar:./lib/jadetools.jar:./lib/base64.jar:./lib/iiop.jar:./" jade.boot -gui -host ngatti.elet.polimi.it r1:nicola.robot1
43 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 14/33 Due Agenti su Più Hosts Host principale (ngatti.elet.polimi.it): java -classpath "./lib/jade.jar:./lib/jadetools.jar:./lib/base64.jar:./lib/iiop.jar:./" jade.boot -gui -host ngatti.elet.polimi.it r1:nicola.robot1 Altro host (restelli.elet.polimi.it): java -classpath "./lib/jade.jar:./lib/jadetools.jar:./lib/base64.jar:./lib/iiop.jar:./" jade.boot -host ngatti.elet.polimi.it r2:nicola.robot2 -container
44 Paradigma dell agente Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 15/33
45 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 16/33 La Classe dell Agente (1) Ogni agente estende AGENT.CLASS dal package JADE.CORE public class robot1 extends Agent {... }
46 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 16/33 La Classe dell Agente (1) Ogni agente estende AGENT.CLASS dal package JADE.CORE public class robot1 extends Agent {... } Un agente è un thread
47 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 16/33 La Classe dell Agente (1) Ogni agente estende AGENT.CLASS dal package JADE.CORE public class robot1 extends Agent {... } Un agente è un thread Registrazione automatica nell AMS
48 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 16/33 La Classe dell Agente (1) Ogni agente estende AGENT.CLASS dal package JADE.CORE public class robot1 extends Agent {... } Un agente è un thread Registrazione automatica nell AMS Metodo setup() inizializza l agente
49 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 17/33 La Classe dell Agente (2) Registrazione in DF (in setup()) protected void setup() { DFAgentDescription dfd = new DFAgentDescription(); dfd.setname(getaid()); ServiceDescription sd1 = new ServiceDescription(); sd1.settype("pickup"); sd1.setname("r1"); dfd.addservices(sd1);... try { DFService.register(this, dfd); } catch (FIPAException fe) { fe.printstacktrace(); }
50 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 18/33 La Classe dell Agente (3) dodelete: ammazza l agente dosuspend: sospende l agente dowait: mette in attesa l agente
51 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 19/33 Behaviours Le azioni degli agenti sono definite tramite comportamenti (behaviours) L agente ha una collezione di behaviours che vengono gestiti tramite round-robin dall agente: continua a ruotare il behaviour attivo sospendendo gli altri I behaviours non sono threads (ThreadedBehaviours, sono delle versioni threaderizzate dei behaviors)
52 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 19/33 Behaviours Le azioni degli agenti sono definite tramite comportamenti (behaviours) L agente ha una collezione di behaviours che vengono gestiti tramite round-robin dall agente: continua a ruotare il behaviour attivo sospendendo gli altri I behaviours non sono threads (ThreadedBehaviours, sono delle versioni threaderizzate dei behaviors) I behaviours sono implementati come classi che estondono BEHAVIOUR.CLASS Metodo action(): blocco di istruzioni Un agente non può essere sospeso all interno di un blocco action Variabile finished: indica lo stato del behaviour Metodo done(): ritorna lo stato del behaviour
53 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 20/33 Tipi di Behaviours Behaviour
54 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 20/33 Tipi di Behaviours Behaviour SimpleBehaviour OneShotBehaviour CyclicBehaviour
55 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 20/33 Tipi di Behaviours Behaviour SimpleBehaviour OneShotBehaviour CyclicBehaviour CompositeBehaviour FSMBehaviour ParallelBehaviour SequentialBehaviour
56 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 21/33 Creazione di un Behaviour Definizione di un behaviour class putdown extends CyclicBehaviour { public putdown(agent a) { super(a); } public void action() {... Aggiunta di un behaviour protected void setup() {... addbehaviour(new putdown(this));...
57 Protocollo di Comunicazione Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 22/33
58 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 23/33 Invio di Messaggi (1) Messaggi FIPA ACL Costruzione del messaggio Atto performativo (INFORM, QUERY-REF, QUERY-IF, etc.) Mittente Ricevente Concenuto Linguaggio Ontologia
59 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 23/33 Invio di Messaggi (1) Messaggi FIPA ACL Costruzione del messaggio Atto performativo (INFORM, QUERY-REF, QUERY-IF, etc.) Mittente Ricevente Concenuto Linguaggio Ontologia (inform :sender agent1 :receiver agent2 :content (price good2 150) :language fipa-sl :ontology hpl-auction )
60 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 24/33 Invio di Messaggi (2) // lista di agenti AID r = agents[i]; // costruzione del messaggio ACLMessage msg = new ACLMessage(ACLMessage.REQUEST); msg.setsender(getaid()); msg.addreceiver(r); msg.setcontent("putdown BlockB"); // invio del messaggio send(msg);
61 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 25/33 Ricezione di Messaggi (1) Ogni agente ha una coda di messaggi
62 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 25/33 Ricezione di Messaggi (1) Ogni agente ha una coda di messaggi Generazione di un template di messaggio Atto performativo Mittente ID del messaggio etc.
63 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 25/33 Ricezione di Messaggi (1) Ogni agente ha una coda di messaggi Generazione di un template di messaggio Atto performativo Mittente ID del messaggio etc. Comando receive Estrae il primo messaggio dalla coda che corrisponde al template generato
64 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 25/33 Ricezione di Messaggi (1) Ogni agente ha una coda di messaggi Generazione di un template di messaggio Atto performativo Mittente ID del messaggio etc. Comando receive Estrae il primo messaggio dalla coda che corrisponde al template generato MessageTemplate m1 = MessageTemplate.MatchPerformative(ACLMessage.INFORM); ACLMessage received = receive(m1);
65 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 26/33 Ricezione di Messaggi (2) Problemi L unico modo per accedere alla coda è tramite il receive Una volta che un messaggio è stato estratto viene scartato Se più di un behaviour fa il receive di un certo template, un solo behaviour lo riceve Se nella coda di un agente arriva un messaggio a cui non è interessato, il messaggio rimane nella coda
66 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 26/33 Ricezione di Messaggi (2) Problemi L unico modo per accedere alla coda è tramite il receive Una volta che un messaggio è stato estratto viene scartato Se più di un behaviour fa il receive di un certo template, un solo behaviour lo riceve Se nella coda di un agente arriva un messaggio a cui non è interessato, il messaggio rimane nella coda Alcuni problemi vengono risulti tramite l utilizzo dei protocolli di interazione
67 Protocollo di Interazione Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 27/33
68 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 28/33 FIPA Interaction Protocols Protocolli prestabiliti dalla FIPA Query Contract Net Etc.
69 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 28/33 FIPA Interaction Protocols Protocolli prestabiliti dalla FIPA Query Contract Net Etc. I protocolli stabiliscono: Ruolo degli agenti Initiator Participant Il tipo di messaggi da scambiare e la fase del protocollo in cui scambiarli
70 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 28/33 FIPA Interaction Protocols Protocolli prestabiliti dalla FIPA Query Contract Net Etc. I protocolli stabiliscono: Ruolo degli agenti Initiator Participant Il tipo di messaggi da scambiare e la fase del protocollo in cui scambiarli I protocolli non stabiliscono: La logica con cui attivare il protocollo La logica con cui rispondere ai messaggi
71 Esempi (Sequence Diagrams) Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 29/33
72 Esempi (Sequence Diagrams) Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 29/33
73 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 30/33 Protocolli in JADE Sono particolari behaviour JADE predispone la struttura di alcuni protocolli extends ContractNetInitiator
74 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 30/33 Protocolli in JADE Sono particolari behaviour JADE predispone la struttura di alcuni protocolli extends ContractNetInitiator E necessario operare l overriding di alcuni metodi protected void handlepropose(aclmessage propose, Vector acceptances); protected void handlerefuse(aclmessage refuse); protected void handlenotunderstood(aclmessage notunderstood); protected void handleinform(aclmessage inform); protected void handlefailure(aclmessage failure); protected void handleoutofsequence(aclmessage msg);
75 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 30/33 Protocolli in JADE Sono particolari behaviour JADE predispone la struttura di alcuni protocolli extends ContractNetInitiator E necessario operare l overriding di alcuni metodi protected void handlepropose(aclmessage propose, Vector acceptances); protected void handlerefuse(aclmessage refuse); protected void handlenotunderstood(aclmessage notunderstood); protected void handleinform(aclmessage inform); protected void handlefailure(aclmessage failure); protected void handleoutofsequence(aclmessage msg); Il protocollo deve essere aggiunto come un comune behaviour
76 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 31/33 Considerazioni sui Protocolli L Initiator è one-shot Il Participant può essere ciclico (macchina a stati finiti)
77 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 31/33 Considerazioni sui Protocolli L Initiator è one-shot Il Participant può essere ciclico (macchina a stati finiti) Più protocolli simili possono essere attivi Ogni protocollo ha un ID
78 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 31/33 Considerazioni sui Protocolli L Initiator è one-shot Il Participant può essere ciclico (macchina a stati finiti) Più protocolli simili possono essere attivi Ogni protocollo ha un ID L utilizzo dei protocolli rende efficace e sicura l interazione tra agenti concorrenti
79 Considerazioni su JADE Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 32/33
80 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 33/33 Considerazioni Punti a favore JADE è la piattaorma per sistemi multiagente più supportata e sviluppata correntemente JADE è abbastanza stabile La corrente linea di sviluppo è diretta a un maggiore supporto per l intelligenza dell agente
81 Nicola Gatti (JADE HOW-TO) p. 33/33 Considerazioni Punti a favore JADE è la piattaorma per sistemi multiagente più supportata e sviluppata correntemente JADE è abbastanza stabile La corrente linea di sviluppo è diretta a un maggiore supporto per l intelligenza dell agente Punti a sfavore Non tutti i protocolli FIPA sono correntemente implementanti (ad esempio Iterated Contract Net) Non dà certezza di recapito del messaggio In applicazioni data-intensive JADE non è completamente affidabile Non ha alcun supporto di real-time
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