（计算机软件与理论专业论文）对gaia模型的扩展研究.pdf

郑州大学硕士学位论文 摘要 由于m a s 运行的环境多是动态的、开放的、复杂的和分布的，不同的a o s e 侧重的开发环境不同，因此在开发m a s 中使用的模型和过程也不尽相同，这在 一定程度上阻碍了a o s e 的发展进程。本文在分析和比较了g a i a 等多种方法学 之后，给出了以角色为核心的通用m a s 开发过程，即o r r a 过程。o r r a 过程 是a o s e 中以角色为核心模型时所使用的通用过程，并给出o r r a 过程每个阶 段中应实现的模型，完成了不同a o s e 文法学在以角色为核心模型开发时的统 一。 开放式环境下适应性系统的开发在软件开发环境中占据相当重要的位置， 软件系统在运行时因预料不到的变化经常要更改组织结构，以适应环境和软件运 行需求的变化。g a i a 是第一个显式引入组织概念的方法学，但g a i a 并不能完全适 合开放式环境下适应性系统的开发，在描述角色关系和组织规则层次上也有不足 之处。因此，在o r r a 过程下，本文进一步对g a l a 模型做了扩展研究，引入了组 模型和角色空间模型，扩充了角色模型，提出了f r a g 方法以用于开放式适应 性系统的开发。 会议管理系统是一个典型的开放式和适应性系统，在会议规模发生变化的 情况下，会议管理系统要更改自身的组织结构以适应环境和需求的变化，本文使 用会议管理系统的案例分析演示了f r a g 方法如何通过更改自身组织结构来适 应环境和需求变化的。高速公路管理系统的案例分析给出了组织结构设计的两种 可能模式，并给出了在高速公路管理系统模块增加，需求环境发生变化时f r a g 重建角色模型的方法和过程。会议管理系统和高速公路管理系统的案例分析验证 了在o r r a 过程下，f r a g 方法适用于开放式环境和适应性系统的开发。 关键字适应性系统，开放式环境，组织规则，角色空间 郑州大学硕士学位论文 a b s t r a c t g a i ai so n eo ft h ef i r s ta g e n t o r i e n t e ds o r w a r ee n g i n e e r i n gm e t h o d o l o g i e s ， w h i c he x p l i c i t l yt a k e ss o c i a lc o n c e p t si n t oa c c o u n t l u c ap o i n t so u tt h a tg a i ai s s u i t a b l ef o rad e s i g n f o r - c h a n g ep e r s p e c t i v eb e c a u s eo fi t sc l e a rs e p a r a t i o nf r o mt h e a n a l y s i sa n dt h ea r c h i t e c t u r a ld e s i g np h a s e s u n f o r t u n a t e l y , g a i ai sn o te n t i r e l ys u i t a b l ef o rd e v e l o p i n ga d a p t i v es y s t e mi n o p e ne n v i r o n m e n t s a l t h o u g hg a i as u p p o r t s ”d e s i g n - f o rc h a n g e 。a n d o p e na g e n t s o c i e t y ”，g a i ad o e sn o th a v ee x p l i c i tm o d e l st os u p p o r td e v e l o p m e n to f c o n t i n u o u s d e s i g nc h a n g e a d a p t a t i o n ”a n d ”o p e nr o l es p a c e ”s y s t e m f u r t h e r m o r e ，a l t h o u g h o r g a n i z a t i o n a lm l ea n dr o l ei st w oi m p o r t a n ta b s t r a c t so f g a i a ，g a l aw o u l dn o ts u f f i c e t oa d e q u a t e l yd e s c r i b eh i e r a r c h yo fo r g a n i z a t i o n a lr u l ea n dr o l er e l a t i o n ( i n h e r i t a n c e ， a g g r e g a t i o n ，a s s o c i a t i o na n di n c o m p a t i b i l i t y ) g a i ad o e s n tc o n c e r nt h eo r g a n i z a t i o n r u l e sb e t w e e np a r t i a le n t i t i e sa n dh a v en om o d e l st os u p p o r ta g g r e g a t i v er e l a t i o na n d i n h e r i t a b l er e l a t i o n f r a gi sp r o p o s e da sas y s t e m a t i cm e t h o d o l o g y , w h i c hi st h e e x t e n s i o no fr o l em o d e l so fg a i ao nt h er e l a t i o na m o n gf u n c t i o n ，r o l e ，a n da g e n t ，f o r d e v e l o p i n ga d a p t i v es y s t e m si no p e ne n v i r o n m e n t s o nt h eo t h e rh a n d , w h i l es o m es t u d yw a sf o c u so nm e t a - m o d e la d o p t e db y d i f f e r e n tm e t h o d o l o g y , f e ww o r ki sc o n c e r n e dt h ep u r p o s eo fw h ys u c hm e t a m o d e l w a sp r o p o s e d ，o n l ya l e x a n d e re ta 1 w a n tt og i v es o m ep r i n c i p l e sa b o u tau n i v e r s a l p r o c e s s ，av a r i e t yo fm o d e l se m p l o y e db yd i f f e r e n tm e t h o d o l o g i e sl i m i tt h ep r o g r e s s o fm a s ，s 0i ti sn e c e s s a r yt od e v e l o pau n i f i e df r a m e w o r kw h i c hi n c l u d e st h em o d e l s a d o p t e db yd i f f e r e n tm e t h o d o l o g i e s h a v i n gc o m p a r e ds e v e r a lm e t h o d o l o g i e s ，t h e o r r a p r o c e s si sp r o p o s e da sa u n i v e r s a lp r o c e s si nr o l e b a s e dm e t h o d o l o g ys t a r t i n g f r o mt h ep u r p o s eo f d i f f e r e n tm o d e l sa d o p t e di nm a s m e t h o d o l o g y t h ec o n f e r e n c em a n a g e m e n tc a s ea n di n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mc a s e s t u d yi s i n t r o d u c e dt oe x e m p l i f yo r r a sp r o c e s sa n dt os h o wt h eu s ea n d i i 郑州人学硕j ：学位论文 e f f e c t i v e n e s so f f r a g sm o d e l si nt h ed e v e l o p m e n to f m a s k e y w o r d ： a d a p t i v es y s t e m s ，o p e ne n v i r o n m e n t s ，o r g a n i z a t i o nr u l e s ，r o l es p a c e 1 | i 郑州大学硕上学位论史 1 1 研究背景 第一章绪论 面向对象是目前软件工程中的主流，消息触发机制是面向对象的核心，但 是随着软件运行环境的变化，软件的智能性需求越来越高，软件系统的主动性、 社会性和反应性等等，这些特征已经不再是对象这个概念所能完全表示出来的， a g e n t 作为软件工程中对人的模拟抽象，被应用到软件工程中去，m a s 被当成 是设计和开发复杂软件系统的新的软件工程范式0 , 2 , 3 1 。 a o s e 中，软件系统由a g e n t 构成，a g e n t 通过与别的a g e n t 之间的交互完 成它们在组织中承担的任务。m a s 被当成有组织的社会体，a g e n t 在组织中扮 演相应的角色，由它所扮演的角色决定与别的a g e n t 之间的交互，完成角色在组 织中承担的任务，角色已经成为a o s e 中最关键的概念之一【4 】。 并发，分布，交互系统的出现，开放性，软件实体不仅可以自由的加入退 出软件运行环境，连软件环境本身也以不可预测的方式发生变化。不同的a o s e 方法面对的软件开发环境不尽相同，没有一种方法学能够完全适应于所有的软件 开发环境，因此a o s e 中各个方法学所使用的模型不一致，并没有一种通用的 模型标准和开发过程，也没有一种通用的软件开发语言。 1 2研究现状 a o s e 发展的限制之一就是仍然没有公认的软件开发元模型和通用的软件 开发工具，因此统一的元模型工作一直是a o s e 的研究领域之一，x i n j u n m a o 5 ( 2 0 0 4 ) 、c a r o l e 6 ( 2 0 0 4 ) 和c a r o l e 7 ( 2 0 0 5 ) 分别给出过a o s e 中通用的 元模型。但是a o s e 中应用环境不同，方法学中使用的元模型就不尽相同，要 求一种方法学支持所有的应用环境的工作是很困难的，相反，过程模型不注重用 什么样的元模型去做什么，而是强调在软件开发过程的不同阶段应该做什么，成 为统一不同a o s e 方法的可行性选择之一，l u c a 8 ( 2 0 0 5 ) 给出了不同的a o s e 郑州大学硕士学位论文 方法隐式或显式的支持软件过程模型的比较。 j u a n 9 ( 2 0 0 3 ) 指出开放式环境下适应性系统的重要性。开放式适应性系统 的开发，包含“持续性设计”和“开放式m a s ”两方面。h a i p i n gx u 1 0 ( 2 0 0 5 1 给出了开放式m a s 的两种含义：开放的a g e n t 社会和开放角色空间。a g e n t 不 仅能在运行中动态的进入和离开a g e n t 社会，角色也能够在系统运行时动态的创 建和更改。l u c a 1 1 ( 2 0 0 5 ) 指出持续性设计要求分析和设计之间有清晰的分界 线，这是g a i a 适用于适应性环境丌发的原因之一，w o o l d r i d g e 1 2 ( 2 0 0 0 ) 提出了 g a i a 方法学，z a m b o n e l l i 1 3 ( 2 0 0 3 ) 对g a i a 进行了扩充，扩充后的g a i a 2 是a o s e 中第一个提出组织观点的方法学，但是g a l a 并没有显式的模型支持动态的组织 结构更改。 z a m b o n e l l i 1 4 ( 2 0 0 1 ) 指出组织规则描述着组织中角色和角色之间，角色和 交互之间通用的约束。但是组织中不仅存在着分布在全局中的组织规则，也存在 着小范围内应当被遵守的组织规则。j a c q u e s 1 5 ( 1 9 9 8 ) 提出的a a l a a d i n 方法 第一次提出了组模型，组模型为实现组织规则的层次性提供了一个基础， j e n n i n g s 1 6 ( 2 0 0 1 ) 进一步指出软件系统复杂性多体现在系统可以被分解为迭代 的子组织。 角色描述a g e n t 在组织中的地位和要实现的目标，被多种方法所使用 1 3 , 1 4 , 1 7 , 1 8 , 1 9 2 0 , 2 1 1 。角色之间的关系构成了组织结构，不同的组织结构描述着不同 的角色之间的交互，h a i p i n gx u 1 0 ( 2 0 0 5 ) 指出角色之间的四种关系：继承，聚 合，联系，互斥，g a i a 仅支持其中的联系和互斥。角色在组织运行中的状态并 非是不变的，角色本身在软件组织运行时也应当是可以被修改的，必须要有显式 的模型来支持开放的角色空间。 1 3研究内容 不同的a o s e 方法学在面对不同软件开发环境下使用的模型不太相同，但 是这些方法学在开发m a s 的过程方面是有共同之处的，比较了多种a o s e 方法 学之后，本文给出了以角色为核心模型的统一a o s e 开发过程，即 o r r a ( o r g a n i z a t i o ns p e c i f i c a t i o n ，r o l ea n dr e l a t i o ni d e n t i f i c a t i o n ，a s s i g n i n ga g e n t 2 郑州大学硕l 学位论文 r o l e ) 过程，o r r a 给出开发m a s 方法的三个过程：组织说明，角色和关系识别， 分配a g e n t 角色，并给出每一个过程中应该实现的模型。 g a i a 在分析和设计之间有清晰的分界线，明确的给出了以组织为核心的组 织规则，组织结构等模型，但是g a i a 并未牵涉到组织规则的层次，角色关系， 迭代的子组织，开放的角色空间，动态更改a g e n t 角色等等，因此，在对g a l a 模型做了进一步扩充后，本文提出用于开放式环境下适应性系统开发的 f r a g ( f u n c t i o n - r o l e a g e n t o f g a l a ) 方法，f r a g 将角色分为三种f r ，o r ，a r ， 引入角色空间模型、组模型和角色空间模型，支持组织规则的层次性和角色之间 的四种关系。 1 4 论文结构与安排 第一章绪论 在本章中，介绍a o s e 的起源，当前研究现状，并概述了本文的内容，结 构和主要工作。 第二章a o s e 方法学简介 介绍了八种常用的a o s e 方法学，给出这些方法学在分析和设计开发m a s 系统中的模型和过程。 第三章o r r a 过程 在比较了不同的a o s e 方法学之后，给出了开发m a s 中以角色为核心模 型的通用过程，即o r r a 过程，给出o r r a 过程三个阶段中要实现的模型，和 功能到角色，角色到a g e n t 之间的映射，并将第二章中介绍的八种a o s e 方法学 统一映射到o r r a 过程之内。 第四章f r a g 方法 本章介绍了f r a g 方法要实现的目标：对开放式环境和适应性系统的支持。 介绍了f r a g 对g a i a 模型的扩充和更改，加入组模型和角色空间模型，并对新 提出的模型做了部分形式化工作，给出了a o s e 适用于适应性系统的理论依据， 和f r a g 对g a i a 模型的改进。 第五章案例分析 本章给出会议管理系统和高速公路管理系统的分析设计案例，演示了 郑州大学硕十学位论文 o r r a 过程和f r a g 方法在开发开放式环境适应性系统时使用的过程和模型。 第六章总结与展望 对本文所作工作做了总结并提出进一步要进行的研究工作。 邦抖l 大学硬七学位论文 第二章a o s e 方法学简介 a o s e 作为一种新的软件开发范式，将软件系统看成是由多a g e n t 构成的 系统，适应于动态，开放，复杂，分布的软件开发环境。但是不同的方法学适用 于的不同的软件开发环境，在软件开发过程中使用的元模型不尽相同，本章简要 介绍g a i a | t 2 , 1 3 ，m a s e l 2 2 1 ，a r l 2 4 1 ，r o a d m a p t 2 5 i ，s o d a t l 叭，t r o p o s t 2 7 瑚1 ， p r o m e t h e u s l z 9 3 0 ，3 j 2 1 ，a a l a ai n i l 5 】八种a o s e 方法的基本模型，并在第二章 给出了这八种方法学在o r r a 过程下的元模型比较。 2 1g a i a w o o l d r i d g e 1 2 ( 2 0 0 0 ) 提出了g a i a 的第一个版本，g a i a l 面向的m a s 是静 态的封闭的系统，z a m b o n e l l i 1 3 ( 2 0 0 3 ) 对g a i a 进行了扩充，g a l a 2 面向的m a s 是开放的动态的系统，同时在m a s 中引入了组织的观点。人类组织是g a i a 在设 计开放式动念系统时用到的象征( m e t a p h o r ) ，主要思想如下： 软件系统被当作是由交互和自治的a g e n t 组成的可计算组织。 每个a g e n t 扮演一个或多个角色。 交互并不仅仅被当作是依赖性的表现，而是a g e n t 完成角色任务的途径。 从自治的a g e n t 和它们之间的交互派生出来的活动( a c t i v i t i e s ) 的演化，决 定了应用目标的完成，无论这种目标是预先定义的全局的，还是个人的。 g a i a 引入了两个跟组织相关的模型：组织规则，组织结构。组织规则是一 种约束，包括在组织中所有的角色和协议之间的约束，包括角色之问，协议之间， 角色和协议之间关系和约束。组织结构包括拓扑结构，控制模式和组织模式三部 分。图2 1 是g a l a 的开发过程模型： 郑抖 大学硕：学位论文 岫u i 一吣( 乏删”m e i ) 上 圳螂 l s u b d i “d es y s t e r ni n t os u b - o r g a n i z a t i o n s l i i 勘一m o a e k 、n p r e l i m i n a r，r o l e p r e l i m i n a r yh l t e r a c f i o n m o d esm o d e l s 唰r u iles i x c h i t e c t u r a l r o r g a n i z a t i o n a i d e 8 1 弘l r o l i l s t r u c t u r e l b 。e r a c b o n l i i 茹s l o r g a n i z a t i o n a l i m ：蒜“l p a t t e r n s li ) e t a i ld e s i g n ，。夕妗。 l a 刚眦k 一姗一龇l 图2 一i ：g a i a 模型和过程图 2 1 1 分析阶段( a n a l y s i s ) g a l a 方法从分析阶段开始，为设计m a s 的可计算组织收集组织的说明等 基础元素。g a i a 在分析阶段需要识别以下模型： 将系统分为子系统( s u b d i v i d es y s t e mi n t os u b o r g a n i z a t i o n s ) ：g a i a 将识别 系统要实现和完成的目标及所期望的行为，将系统分解为松散耦合的子系 统。 环境模型( e n v i r o n m e n t a lm o d e l s ) ：m a s 中a g e n t 存活和运行在可计算的 6 郑州大学硬l ：学位论文 环境之中。 预角色模型( p r e l i m i n a r yr o l em o d e l s ) ：识别出系统最基本的功能，角色的 属性可能没有得到完全的扩充，但是最基本的属性和交互是可以在分析阶段 得到的，完整的角色模型的完成是在系统的组织结构和控制模式得到确定之 后。 预交互模型l p r d i m i n a r yi n t e r a c t i o nm o d e l s ) ：识别出为了完成角色的功能 而需要同别的角色之间进行的交互，同角色一样，完整的交互模型也必须要 在组织结构确定以后才能最终完成。 组织规则( o r g a n i z a t i o n a lr u l e s ) ：组织规则确定组织要遵守的全局规则和约 束。组织规则用来约束角色，角色之间的协议( p r o t o c 0 1 ) ，在m a s 存在自私的 a g e n t 和开放的a g e n t 环境中，这种全局的约束是必不可少的。 2 1 2 结构设计阶段( a r c h i t e c t u r a ld e s i g n l 结构设计阶段先确定m a s 的组织结构，在组织结构确定之后完成预角色 模型和预交互模型，结构设计阶段包含以下模型： 组织结构( o r g a n i z a t i o n a ls t r u c t u r e ) ：组织结构包括拓扑结构和控制模式。 组织结构受到组织的效率，同真实世界的可拟度和组织规则的约束。 角色模型( r o l em o d e l s ) ：在组织结构确定以后，分析阶段中的预角色模型 的属性可以在结构设计阶段得到填充，角色模型的这种区分有助于分清哪些 属性是和组织结构无关的，哪些属性是和组织相关的，系统的目标和结构之 间的分离有助于“d e s i g nf o rc h a n g e ”的观点。 交互模型l i n t e r a c t i o nm o d e l s ) ：交互模型同样在组织结构确定之后完成，只 有在组织结构确定以后，角色才能确定应当与哪些角色交互，以完成角色在 组织中的任务。 2 1 3 细节设计阶段( d e t a i ld e s i g n ) 在组织的整体结构设计完成，角色和交互模型完成以后，细节设计阶段的 输出为以下模型： a g e n t 模型a g e n tm o d e l s ) ：a g e n t 模型用来确定最终组织中将出现哪些 7 郑州人学顾i 学位论文 a g e n t 类，哪些类又会被实例化。a g e n t 和角色通常是一对一的对应关系， 依照于系统运行的效率，a g e n t 可以扮演多个角色，角色也可以被多个a g e n t 扮演。 服务模型( s e r v i c em o d e l s ) ：服务模型标志着组织中提供的主要服务，这些 服务从a g e n t 扮演角色的活动( a c t i v i t y ) 和协议q r o t o c 0 1 ) 得来。 g a i a 方法第一个提出了组织的观点去实现m a s ，组织规贝i j ，组织结构是 g a i a 方法学的核心，g a i a 并未提供实现具体a g e n t 的细节，也没有牵涉到a g e n t 的内部结构，分析和设计之前清晰的分界线是g a i a 的特点之一，这使得g a i a 可 以用于适应性系统的开发。但是g a i a 方法学没有对角色做具体区分，角色在g a l a 中是不可更改的模型，一旦被确定，角色的属性不能在系统运行时修改，也不能 动态的创建和删除角色。组织规则被g a l a 认为是全局的一种约束，而我们认为 约束不仅应当是存在于全局中的，在某一部分角色和协议中也是存在的，由于 g a i a 并未对角色分层，无法通过对角色的约束来实现组织规则的部分约束。 2 2m a s e w o o d 【2 2 3 ( 2 0 0 0 ) 提出m a s e 方法，m a s e 独立于特定的m a s 结构，a g e n t 结构，编程语言和信息传递系统。同g a i a 相比，m a s e 支持自动代码生成，希望 为a g e n t 工业编程提供一整套工具组件，因此m a s e 覆盖了从需求分析到a g e n t 的实现，图2 2 是m a s e 的模型和过程图。m a s e 对m a s 运行环境做了如下限 定： 系统是封闭的，所有的外部接口都被封装在a g e n t 之内。 m a s e 并不适合可以创建，销毁a g e n t 的动态环境。 a g e n t 之间的对话是一对一的。而不是多播的。 m a s e 所设计的m a s 系统不大，一般不超过十个a g e n t 。 郑州大学硕士学位论文 r e q u i r e m e n t 。 c a p t u r i n gg o a l s g o a lh i e r a r c h y i 。 f f u 辩c 一1 ij t a p p l y i n g fs e 驴锄。1 u 5 郴 义产j ? j | 一。：fc 鼍? hr ：一】 警眦s d e s i g n ，八c a 。圭g e n 。t 】 c = m | jl 一 c o n v e f s a t i o n s c o n s t r u c t i n g c o n v e r s a t i o n | ( 墨 一a s s e m b l i n 。g j l 旧e p l o 脚y n e n t d e s 晒 图2 - - 2m a s e 模型和过程图 2 2 1 分析阶段( a n a l y s i s ) 分析阶段包括捕获目标，应用用例，提炼角色三部分，每部分使用模型如下： 9 郑州大学硕学位论文 捕获目标( c a p t u r i n gg o a l s ) ：这部分使用的模型是目标等级( g o a l h i e r a r c h y ) ，m a s e 在这部分完成两部分工作：识别目标和构造目标，目标 以等级的形式表现出来，目标总是被定义为系统级的目标，低级别构造体可 以继承或承担目标的职责，但是目标总是被放在系统级的上下文中。 应用用例( a p p l y i n gu s ec a s e s ) ：这部分使用的模型是用例( u s ec a s e ) ，顺 序图( s e q u e n c ed i a g r a m s ) ，用例是对系统期望行为的自然描述，顺序图被 用作描述两个角色之间的交互过程。 提炼角色( r e f i n i n gr o l e s ) ：这部分使用的模型是并发任务( c o n c u r r e n tt a s k s ) 和角色( r o l e s ) 。 目标并不是和角色完全一对一对应的，因此在设计阶段，同一个角色可以承 担不同的系统目标以提高系统效率。 2 2 2 设计阶段( d e s i g n ) 设计阶段主要分为创建a g e n t 类，构造会话，装配a g e n t 类和系统设计四部分， 每部分使用模型如下： 创建a g e n t 类( c r e a t i n ga g e n tc l a s s e s ) ：a g e n t 类包含两个组件，角色和对话， m a s e 认为a g e n t 和角色之间是可以是一对多的，一个a g e n t 可扮演多个角 色，也可以是多对一的，即一个角色可以由多个a g e n t 扮演。在决定如何合 并角色至q a g e n t 之中时，角色之间通信的数目并不是唯一考虑的，更重要的 是通信的频率和规格。 构造会话( c o n s t r u c t i n gc o n v e r s a t i o n s ) ：m a s e 将会话定义为两个a g e n t 之间 的协作协议。一个会话包括两个通信类图，一个是会话的发起者，一个是会 话的接收者，通信类图是一对有限状态自动机，定义了参与对话的两个a g e n t 的状态。 装 配a g e n t 类( a s s e m b l i n ga g e n tc l a s s e s ) ：a g e n t 结构在这个阶段被确定， m a s e 采用j r o b i n s o n m a s e ，1 8 】给出的五种a g e n t 结构：b d i ，反应( r e a c t i v e ) ， _ i , t g l j ( p l a n n i n g ) ，基于知识库( k n o w l e d g eb a s e d ) ，用户自定义的结构。 系统设计( s y s t e md e s i g n ) ：系统设计阶段最终依照部署图( d e p l o y m e n t d i a g r a m s ) 确定系统中运行的a g e n t 数目，位置和类型。 1 0 郑州人学硕i 岸位论文 s c o a 2 3 ( 2 0 0 6 ) 指出m a s e 并未体现出m a s 和环境之间的交互，也不支持子 组织，因此在m 硒e 中加入了组织的观点后，s o c t t 将m a s e 扩充成o - m a s e 方法学， o m a s e 支持适应性系统的开发。 2 3a r l s a l a h e d d i n 【2 4 ( 2 0 0 5 ) 提出a r l 方法，a r l 集成了基与角色的组织观点，注 重于a g e n t ，角色和它们之闻的交互，明确区分t a g e n t 和对象。灿也的主要思想 是：无论是角色还是a g e n t ，只有a g e n t 被分配到角色类之后，才是被激活的。 a r l 认为角色有三部分构成：责任，目标和许可。责任是角色必须要执行的动作， 目标是a g e n t 扮演的角色必须要完成的目标，许可是扮演角色的a g e n t 必须要遵守 的约束。角色被分解为原子角色，a g e n t 扮演原予角色，a g e n t 使用对象，通过执 行锁定的角色的责任来完成目标。 a r l 里的钥匙池鼠节e t e ) 定义为许可一个a g e n t 扮演某个原子角色的属 性。活动( a c t i v i t y ) 被分为两种：独立活动( i n d e p e n d e n ta c t i v i t i e s ) 和依赖活动 ( d e p e n d e n ta c t i v i t i e s ) 独立活动是a g e n t 在扮演角色的过程中独立实现的目标，不 需要要同别的a g e n t 交互。依赖活动是必须由两个a g e n t 交互完成的目标。 2 3 1 基本定义 父角色：为了说明角色，首先应该说明父角色一一反应了系统的一致性抽象 服务。父角色对应的是组织中更一般的目标。对父角色的分解是将更一般的 目标特化。 目标正规化：一个目标由不超过两个的a g e n t 完成。当且仅当每一个目标的 活动要么是独立的，要么是与别的a g e n t 交互的，目标正规化完成。 a g e n t 类型( a g e n tt y p e ) ：a g e n t 类型提供一个说n j j a g e n t 分类的蓝图，a g e n t 类型可以被实例化，相同a g e n t 类型的实例拥有同样的属性和自己单独的d 。 a g e n t 集( a g e n ts e t ) ：a g e n t 集是有着同样角色钥匙( r o l ek e y ) 的所有a g e n t 集 合。如果一个a g e n t 类型的所有实例都拥有着相同的角色钥匙，a g e n t 集中的 a g e n t 并不一定必须是同一个的a g e n t 类型。有钥匙的a g e n t 集表示为 1 1 h l ， r l r m ，n 和m 是特定时间内两个a g e n t 类型的实例数目。 郑州大学硕十学位论文 a g e n t 组( a g e n tg r o u p ) ：a g e n t 组由锁定原子角色的a g e n t 组成，能过交互来 完成依赖的活动( a c t i v i t i e s ) 。 原子角色集( a t o m i cr o l es e t ) ：原子角色集是属于同一个父角色的原子角色 集合。 父角色集( s u p e rr o l es e 0 ：父角色集是组织中出现的所有父角色的集合。 社会系统( s o c i a ls y s t e m ) ：社会系统由独立的原子角色集合构成，这些原子角 色为了实现目标而互相交互。 组织( o r g a i z a t i o n ) ：组织由父角色集合，a g e n t 实例，对象和为了执行相互依 赖的原子角色的活动而产生的交互场景构成。 环境( e n v i r o n m e n o ：环境由m a s 中所有的组织和父角色( 不属于组织中的) 构 成。 a r l 给出了目标分解的终止条件和模型，角色和a g e n t 之间由钥匙( k c y ) 锁 定，组在a r l 中被定义为a g e n t 的集合，并没有考虑到组的迭代性和组织结构， a g e n t 被事先分为a g e n t 类型，只有拥有钥匙的a g e n t 才能扮演拥有同样属性的 角色。 2 4 r o a d m a p r o a d m a p 2 5 ( 2 0 0 2 ) 对g a i a l 做了四方面的改进：知识和环境的形式化模型， 角色等级，显式的表示了社会结构和关系，并加入动态变换。图2 3 是r o a d m a p 模型图。r o a d m a p 指出g a i a l 的不足之处如下： g a i a 假定需求分析已经完成，并没有牵涉到求分析阶段。g a i a 并没有利用 a g e n t 技术给需求分析带来的优势。 g a l a 将环境信息隐式的定义在个体角色的许可和协议中。 g a i a 将域知识( d o m a i nk n o w l e d g e ) 隐式的定义在个体角色的属性中。 g a i a 中的角色并没有等级( h i e r a r c h i c a l ) 区分。角色模型为开发者概念化系统 提供了一个很好的抽象，角色的等可以很好的迭代的改进( r e f i n e m e n t ) 系统抽 象的不同级别。 g a i a 没有显式的描述m a s 的社会性。g a l a 也没有显式的模型支持m a s 的组织 2 郑州大学硕士学位论文 结构，并不支持与a g e n t 组织相关的社会目标，社会任务和社会规则等。 g a i a 没有给出运行时动态的推理( r e a s o n i n g ) ，扩展( e x t e n s i o n ) ，修改 ( m o d i f i c a t i o n ) 上述社会相关的模型机制。 角色，代表着a g e n t 的责任( r e a s o n a b i l i t y ) 和( c a p a b i l i t i e s ) ，并没有在设计或者 运行时实现。 在单独的a g e n t 级别，g a i a 没有提供在运行时推理，扩展，修改a g e n t 责任和 能力的机制。 i n t e r a c ti n t e r a c t m o d i f ym o d i f y i n t e r a c t m o d i f y 图2 3r o a d m a p 模型图 i n t e r a e t m o d i f y 2 4 1r o a d m a p 模型 角色( r o l e ) ：r o a d r n a p 对角色有了两方面的改进：第一，角色的生命周期内， 可以依据活性规则和责任区分状态，通过引入关键词b e f o r e ，d u r i n g 和a f t e r 来 说明角色属性的时效性，如只有角色处于工作( w o r k ) 状态的时候才能获取对 某资源的访问权。第二，在角色中使用评价函数，引入目标属性。 a g e n t ：a g e n t 是运行时唯一存在的实体，这个实体用同步或异步消息通信， 维护扮演角色列表和当前活动角色列表。 协议( p r o t o c 0 1 ) ：协议使用信息给出所有i 的a g e n t 交互的模型，减少a g e n t 之间 的耦合，信息可以被a g e n t 拒绝，转发，停滞或退回。 郑州人学顾i ：学位论文 服务( s e r v i c e ) ：服务是系统功能的一致重用体，一种服务可能涵盖了另一种服 务。 知识( k n o w l e d g e ) ：知识组件是知识的基准单元，它能聚合其它的知识组件， 令系统中的知识有可扩充性和重用性。知识组件为角色或a g e n t 所拥有，在 系统运行时允许共享，分发，重用和修改。 环境( e n v i r o n m e n t ) ：a g e n t 和 色生存在环境中，m a s 中的环境提供两种功 能：一，对a g e n t 提供统一的无区别的约束，如。对于人类来说，自然世界 的地心引力。二，提供促进a g e n t 服务的基础结构，简化a g e n t 内部设计。 2 4 2 模型分类 r o a d m a p 元模型被分为三类：环境模型，知识组件包含中高级别的域复用信 息；用例模型，交互模型，角色模型，a g e n t 模型和熟人模型是应用特性( a p p l i c a t i o n s p e c i f i c ) ：协议模型，服务模型描述低级别的软件组件的复用。r o a d m a p 模型分 类图如下图j 一4 所示； d o m a i ns p e c i f i c m o d e l s 圉 a p p l i c a t i o ns p e c i f i c m o d e i s 图2 - - 4 r o a d m a p 模犁分类图 r e u s a b l es e r v i c e s m o d e l s 厂习 l m o d e l i i一 r o a d m a p 认为分别存在着r o l e 和a g e n t 两种等级。角色等级表示着需求分 1 4 一一一一一一 郑州大学硕l 学位论文 析的高级别的抽象，捕获组织结构，规则，过程，目标，责任和a g e n t 在系统中 的不同许可。a g e n t 等级提供系统功能的具体实( c o n c r e t ei m p l e m e n t a t i o n ) 。 r o a d m a p 2 6 ( 2 0 0 3 ) 对r o a d m a p 进一步扩充，令r o a d m a p 支持适应性系统的开 发。 2 5s o d a o m i c i n i 1 9 ( 2 0 0 0 ) 提出s o d a ( s o c i e t i e si no v e na n dd i s t r i b u t e da g e n ts p a c e s ) 在核心概念任务t a s k 基础上，促进了了个体( i n d i v i d u a l ) 和社会( s o c i a l ) 的分离， s o d a 允许对a g e n t 环境的显式模型化，并把它映射到定义好的a g e n t 内部结构 中。a g e n t 社会展现出来的全局性目标不能简单的理解为个体行为的总和。s o d a 认为a g e n t 环境的结构可以通过特殊的抽象( a b s t r a c t i o n s ) 被完全的模型化，在开 发m a s 的时候也应当考虑进去。a g e n t 有对周围的环境的部分感知，并拥有有 限的能力去感觉和改变他们。 在别的a g e n t 离开或进入视线( s c o p e ) 之内，任何事情都要依赖于别的a g e n t 的合作。因此，a g e n t 应当被认作是存活在社会( s o c i e t i e s ) 之中的，任何a g e n t 个体的行为在超过社会结构之外很难被理解，a g e n t 社会的行为也不能被认为是 构成它的a 9 6