基于網(wǎng)格和Ａｇｅｎｔ技術的開放式ＤＳＳ模型

摘 要：綜合利用網(wǎng)格技術、Agent技術、數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘技術，構建了一種基于網(wǎng)格的開放式DSS模型。該模型面向決策問題，以電子市場的形式組織決策資源，提供了決策資源共享和重用的新思路，提高了DSS的動態(tài)性、開放性、智能性和處理分布式問題的能力。詳細分析了該模型的結構，給出了模型的運行流程，討論了該模型區(qū)別于傳統(tǒng)DSS的優(yōu)越性。

關鍵詞：決策支持系統(tǒng)； 網(wǎng)格技術； 移動Agent； 決策資源； 電子市場

中圖法分類號：TP31; TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1001-3695(2006)10-0257-04

Open DSS Model Based on Grid and Agent Technology

WANG Zhiwu1，2，CHEN Xueguang1，LIU Xia1，ZHANG Yanhui2

(1.Institute of Systems Engineering， Huazhong University of Science Technology， Wuhan Hubei 430074， China;2. Zhengzhou Economic Management Institute， Zhengzhou Henan 450052， China)

Abstract:The article provides an open DSS model based on grid comprehensively using Agent technology， data warehouse and data mining technology. Towards general decision problems， this model organizes decision resources by the form of electronic market， providing a new way for sharing and reusing decision resources.At the same time this model improves the dynamic， open， intelligent nature of DSS and also improves its ability to handle distribution questions. The article presents the structure of the model in detail， outlines the operating process and discusses its advantages over traditional DSS models.

Key words:DSS(Decision Support System); Grid Technology; Mobile Agent; Decision Resources; Electronic Market

決策支持系統(tǒng)(Decision Support System，DSS)自20世紀70年代誕生以來，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，在理論研究和應用開發(fā)方面均取得了豐碩的成果。但由于集中式的系統(tǒng)結構、異構的開發(fā)平臺，造成系統(tǒng)的靈活性、開放性、可重用性以及處理分布式?jīng)Q策問題的能力不高，這在很大程度上阻礙了決策支持系統(tǒng)的應用和發(fā)展。

近幾年來，隨著相關科學領域中新概念、新方法和新工具的出現(xiàn)，對DSS的發(fā)展提供了新的機遇。D.N.Davis等人[1]開發(fā)了一個基于多Agent的決策支持系統(tǒng)(Multiple Agent Decision Support System，MADSS)。該系統(tǒng)既保留了DSS傳統(tǒng)的多庫結構，又提供了靈活的Agent組織框架，對基于Agent的DSS研究與詳細設計具有較高的參考價值；Manfred等人[2]討論了復雜的決策問題如何用分布式的決策支持系統(tǒng)實現(xiàn)求解，用戶如何從無限的Internet空間中尋找適當?shù)腄SS構件，如何將目標數(shù)據(jù)傳遞到指定的DSS部件中以及如何使在Internet上傳遞的費用最低等問題。隨著第三代互聯(lián)網(wǎng)浪潮網(wǎng)格技術的出現(xiàn)，它所具有的分布式資源共享與協(xié)同工作的典型特征為我們研究和開發(fā)新一代的DSS提供了更高的平臺。遲嘉昱等人[3]提出了基于網(wǎng)格的開放式?jīng)Q策支持系統(tǒng)（GridBased Open Decision Support Systems， GBODSS）的概念，并對該系統(tǒng)的體系結構進行了研究。數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘和聯(lián)機分析處理能夠使DSS具有從歷史數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)信息和知識的能力，增強了DSS的支持能力[4]。研究者們采用新技術從不同方面對DSS進行了研究，這些研究成果為DSS的發(fā)展起到了強大的推動作用。綜合利用多種新技術來實現(xiàn)DSS是推動DSS快速發(fā)展的必然趨勢，為此，本文提出一種基于網(wǎng)格的融合Agent技術和數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘及聯(lián)機分析處理技術的開放式DSS模型，對該模型的結構進行了詳細分析，給出了系統(tǒng)的運行流程，并討論了該模型與傳統(tǒng)DSS的區(qū)別。

1 基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS體系結構及各組成部分功能

1．1 基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS體系結構

網(wǎng)格技術的發(fā)展為DSS提供了新的分布式資源共享與協(xié)同工作的平臺。與此同時，相關科學領域的新概念、新方法和新技術的出現(xiàn)，也對DSS的發(fā)展提供了新的支持。例如，對復雜系統(tǒng)的重新認識以及分布式系統(tǒng)問題求解方法的研究，為DSS這一人造系統(tǒng)面對對象形態(tài)、問題求解策略與方法帶來新的思考；數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘和聯(lián)機分析處理為DSS的構成及功能帶來了新的發(fā)展；MultiAgent協(xié)同支持工作原理為DSS的數(shù)據(jù)獲取、輔助建模和交互模式展現(xiàn)出新的前景；面向Agent的編程方法也為新一代DSS的構成與軟集成提供了實現(xiàn)基礎。構建新一代DSS的系統(tǒng)框架，我們需要考慮這些新思想、新方法和新技術給DSS帶來的影響。新構建的系統(tǒng)結構如圖1所示。

1．2 新構建的DSS主要組成部分功能描述

新構建的DSS系統(tǒng)主要分為四部分，即DSS控制中心、內(nèi)部系統(tǒng)、決策服務電子市場、網(wǎng)格平臺。

1．2．1 DSS控制中心

在新構建的DSS中，系統(tǒng)控制中心是系統(tǒng)運行的核心，是決策者與系統(tǒng)交互的接口，同時擔負著問題分解、求解規(guī)劃、資源規(guī)劃、任務分配、任務監(jiān)控、求解結果綜合等主要功能。為了使控制中心具有良好的人機交互能力，強大的分布式、復雜問題求解能力，較強的智能性和良好的動態(tài)性、開放性，采用了分布式人工智能領域最新的MultiAgent[5]與移動Agent[6]技術來實現(xiàn)系統(tǒng)控制中心的各部分功能。

（1）用戶界面Agent。該Agent通過用戶知識、自身知識和領域知識來協(xié)調用戶與決策支持系統(tǒng)交互，它具有智能性，對用戶的反應能進行反饋和主動調節(jié)，同時，在系統(tǒng)運行時能指導用戶操作，減輕用戶負擔。將界面Agent技術用于決策支持系統(tǒng)中，可實現(xiàn)決策的智能化、自動化。

（2）問題分解Agent。該Agent通過自身知識、問題領域知識和決策者知識對界面Agent傳來的決策問題進行分解。一個決策問題可以看作是圍繞一個最終目標由若干子問題來實現(xiàn)的有限子問題集。一個復雜的決策問題可以分解為一系列能夠單獨求解的子問題，通過對所有子問題求解結果的逆向集成來實現(xiàn)決策問題的求解。

（3）求解規(guī)劃Agent。該Agent通過自身的知識對問題分解Agent傳來的決策子問題集中各個子問題的求解順序和相互間的關系進行統(tǒng)一規(guī)劃，使得求解過程有序、高效地進行。由于各個子問題是由復雜的決策問題分解得到的，各個子問題間必然有一定的邏輯關系和時序關系。從邏輯關系來說，同一級的子問題之間可以是“與”的關系也可以是“或”的關系。“與”關系是指兩個或多個同級子問題的求解結果綜合才能夠求解該級子問題的上一級父問題；“或”關系是指同一級中多個子問題中的每一個子問題的解均可用來求解該級子問題的上一級父問題。從時序關系來說有些子問題的求解所需要的輸入?yún)?shù)是另外一個或多個子問題的輸出結果，即這些子問題在求解的時間先后上必須遵從一定的時序關系。求解規(guī)劃Agent就是根據(jù)各個子問題間的邏輯關系和時序關系來合理安排子問題的求解次序，形成問題求解鏈。

（4）資源規(guī)劃Agent。該Agent通過自身的知識和掌握的系統(tǒng)內(nèi)、外部資源信息對決策資源進行組織與規(guī)劃，以最低的資源成本、最快的求解速度、最穩(wěn)定的系統(tǒng)運行方式來規(guī)劃決策資源，以完成決策子問題集合的求解。決策問題求解過程中所用到的決策資源是多樣的、決策資源之間的關系是復雜的，一個子問題的求解可能要用到一個模型甚至是幾個模型的組合，在各個模型的計算過程中還涉及到數(shù)據(jù)的存取，有些問題求解還要用到知識推理。確定模型的組合關系，模型與數(shù)據(jù)的調用關系，模型計算與知識推理的協(xié)調關系，形成決策資源規(guī)劃鏈，是完成子問題求解的關鍵。資源規(guī)劃Agent就是根據(jù)問題求解的需要在系統(tǒng)內(nèi)部與系統(tǒng)外部資源市場中統(tǒng)一進行決策資源的調度與規(guī)劃，達到資源使用時間、費用和系統(tǒng)穩(wěn)定性等多項指標的優(yōu)化組合。

（5）任務分配Agent。該Agent根據(jù)求解規(guī)劃Agent規(guī)劃的問題求解鏈和資源規(guī)劃Agent得出的決策資源規(guī)劃鏈，將不同的子問題求解任務分配給合適的移動Agent，并給定該決策任務求解所需要的決策資源調用流程和每一步的調用協(xié)議，由移動Agent攜帶決策任務到指定的決策資源所在主機或服務器進行任務求解。

（6）結果綜合Agent。該Agent收集各個移動Agent返回的求解結果，從最低一級子任務開始，根據(jù)該級各個子問題間的邏輯關系逆向遞推得到該級子問題的上一級父問題求解結果，逐層向上遞推最后可得到?jīng)Q策問題的求解結果，并通過界面Agent返回給決策者。

（7）移動Agent庫。移動Agent是在網(wǎng)絡上可遷移的軟件Agent，它具有自治性、移動性、智能性。其首先是一個軟件Agent，滿足Agent的目標驅動特征，具有智能性和自治性；其次它可以在網(wǎng)絡節(jié)點中移動，可以自主地轉移到不同的地址空間中執(zhí)行，在轉移過程中其執(zhí)行狀態(tài)被保持，轉移到目標后的執(zhí)行是持續(xù)的。移動Agent可以攜帶完成計算任務所需的代碼和數(shù)據(jù)以及Agent的運行狀態(tài)，在網(wǎng)絡上不同主機之間遷移并完成相應的動作。

新構建的DSS是基于網(wǎng)格平臺的分布式系統(tǒng)，移動Agent所具有的自治性、移動性、智能性等特性適合于分布式、網(wǎng)格環(huán)境下的任務求解。根據(jù)所完成工作的不同，可以將系統(tǒng)中所用到的移動Agent分為資源管理移動Agent、資源交易移動Agent和任務執(zhí)行移動Agent三類。資源管理移動Agent主要負責在分布式環(huán)境下對系統(tǒng)內(nèi)部和外部的決策資源進行查詢，了解決策資源的狀態(tài)、技術參數(shù)、價格等信息，為資源規(guī)劃Agent進行決策資源規(guī)劃提供所需要的信息。資源交易移動Agent主要負責在決策服務電子市場中進行決策資源的購買、定制或租用，并負責帶回所購買決策資源的程序代碼或租用決策資源的遠程調用協(xié)議。任務執(zhí)行移動Agent主要負責具體決策子問題的求解，攜帶決策任務根據(jù)給定的任務執(zhí)行流程和任務執(zhí)行地址在網(wǎng)絡上不同主機間遷移并完成相應的決策任務求解，將得到的結果返回給結果綜合Agent。為了便于管理，將三種類型的移動Agent放在移動Agent庫中。

（8）Agent Manager。它是新構建DSS控制中心的核心部件，具有如下功能：

①Agent生命周期管理。Agent的生命周期管理包括Agent的創(chuàng)建、運行、移動、掛起、恢復和終止等工作，為每個Agent提供唯一的身份標識符IDH，以便統(tǒng)一管理。

②通信和信息共享功能。Agent Manager負責為各個Agent之間建立通信連接，提供通信服務，同時為各個Agent間提供信息共享服務。

③協(xié)調功能。Agent Manager負責協(xié)調各個Agent間的關系，化解Agent間的沖突。

④安全管理。該問題在網(wǎng)格環(huán)境中至關重要， Agent Manager不僅要防止Agent惡意對本地DSS系統(tǒng)資源進行非法操作，而且還要防止網(wǎng)格環(huán)境中其他人為地對Agent進行的惡意攻擊。

1．2．2 內(nèi)部系統(tǒng)

組織日趨扁平化的管理模式使得組織DSS不再只是少數(shù)領導者專用的系統(tǒng)，更多的管理者均需要使用該系統(tǒng)。內(nèi)部系統(tǒng)是經(jīng)常性決策問題快速解決的保證，是整個DSS穩(wěn)定運行的基礎。內(nèi)部系統(tǒng)可以將組織內(nèi)其他管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息進行整合，通過數(shù)據(jù)挖掘和聯(lián)機分析處理工具為決策者提供更豐富的決策知識和決策信息。對于涉及組織機密的決策問題，從保密角度考慮要求這些問題在組織內(nèi)部系統(tǒng)進行求解。

傳統(tǒng)DSS是以模型驅動數(shù)據(jù)得到的量化結果為決策者提供支持的；IDSS是將專家知識的定性分析能力與DSS模型的定量計算能力結合起來為決策者提供智能化的決策支持；基于數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、聯(lián)機分析處理的DSS是以數(shù)據(jù)為核心，通過對數(shù)據(jù)的分析、處理從中獲取信息和知識來為決策者提供支持。三種系統(tǒng)從不同的方面為決策者提供決策支持，并構建了一些面向不同應用領域的實際系統(tǒng)。隨著社會的快速發(fā)展，決策者面臨的決策問題和決策環(huán)境越來越復雜，為了給決策者提供更全面、更智能的決策支持，需要將模型、數(shù)據(jù)、知識的支持能力綜合起來共同為決策者服務，構建綜合的、智能的DSS是DSS發(fā)展的必然趨勢。

新構建的DSS內(nèi)部系統(tǒng)將傳統(tǒng)DSS，IDSS與基于數(shù)據(jù)倉庫和數(shù)據(jù)挖掘的DSS進行綜合和集成，使新構建的系統(tǒng)具有更強大的功能和智能性。

1．2．3 決策服務電子市場

基于網(wǎng)格的決策服務電子市場是決策資源共享、發(fā)布、交易的環(huán)境[3]，為決策資源創(chuàng)建者和決策資源使用者提供一個決策資源共享的平臺，是基于網(wǎng)格的DSS靈活、動態(tài)擴展的基礎。決策服務電子市場不僅提供如模型、數(shù)據(jù)、算法、知識、決策工具包等決策資源，同時還提供決策問題遠程、分布式求解的運行環(huán)境——決策服務，決策服務是決策資源、資源運行平臺等軟/硬件的組合系統(tǒng)，是決策資源提供者創(chuàng)建的為解決特定決策問題的軟/硬件環(huán)境。大量成熟的、商業(yè)決策服務的存在為決策者在購買決策資源和租用決策服務之間提供了多重選擇，是基于網(wǎng)格的DSS系統(tǒng)動態(tài)性、開放性的充分體現(xiàn)。

基于網(wǎng)格的DSS是構建在網(wǎng)格平臺上的動態(tài)、開放式系統(tǒng)，通過決策資源和決策服務在網(wǎng)格平臺上的發(fā)布、注冊、共享、交易、調用等一系列操作實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)擴展。將決策資源和決策服務作為電子商品在決策服務電子市場上進行交易的新的資源和服務組織形式，改變了DSS的開發(fā)模式和運行模式，使得DSS的開發(fā)由獨立的、封閉式的模式轉變到以市場為中心的開放的、分工合作的模式。DSS的運行也不再局限于集中的、企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)的運行方式，它可以根據(jù)需要在開放的、分布式的環(huán)境中運行，從而為其資源共享、技術進步、成本降低、領域擴展起到推動作用。

1．2．4 網(wǎng)格平臺

網(wǎng)格技術起源于網(wǎng)格計算，它最初的目標是將跨地域的多臺高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、貴重科研設備、通信設備和各種傳感器等整合成一個巨大的超級計算機系統(tǒng)，用于支持高性能計算和科學研究。網(wǎng)格技術的思想來源于電力網(wǎng)，其目的是將計算能力和信息資源像今天的電力一樣方便地送達每一用戶。

美國Globus項目的領導人Foster先生認為“網(wǎng)格是構筑在互聯(lián)網(wǎng)上的一組新興技術，它將高速互聯(lián)網(wǎng)、高性能計算機、大型數(shù)據(jù)庫、傳感器、遠程設備等融為一體，為科技人員和普通老百姓提供更多的資源、功能和交互性 ”[7]。網(wǎng)格具有大規(guī)模資源共享、并行處理、異地協(xié)同工作、支持開放標準、支持動態(tài)變化服務等優(yōu)秀特性。這些特性能較好地解決傳統(tǒng)DSS在分布式、動態(tài)環(huán)境下支持能力不足的問題，同時可以提高決策資源的共享與重用，增強DSS的靈活性，降低其開發(fā)難度和開發(fā)費用，推動DSS在更廣闊的環(huán)境中使用，為DSS的發(fā)展提供一個良機。

2 基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS運行流程分析

基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS構建在新的平臺上，具有新的體系結構，其構成要素以及各要素之間的關系也發(fā)生了改變，對其進行運作流程分析是檢驗各構成要素協(xié)同工作的基礎，同時也為決策者使用該系統(tǒng)提供了一個完整的、透明的視圖。圖2表示了系統(tǒng)的一般運行流程。

3 基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS與傳統(tǒng)DSS區(qū)別

通過對基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS結構及運行流程進行分析，可以看到：

（1）基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS是一個開放的、動態(tài)的系統(tǒng)。構建于網(wǎng)格平臺上的DSS決策資源的組織形式是開放、動態(tài)、靈活的，可以根據(jù)實際決策問題的需要通過構建于網(wǎng)格平臺上的決策服務電子市場進行動態(tài)決策資源擴展。

（2）基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS是以決策問題為驅動的系統(tǒng)。傳統(tǒng)的以模型驅動的DSS系統(tǒng)，雖然近年來也得到了迅速發(fā)展和應用，但是以模型驅動為動力的系統(tǒng)思想嚴重制約了其開放性和動態(tài)適應性[8]，缺乏對動態(tài)決策問題進行實時調控的能力。基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS面向決策問題，以決策問題求解為核心組織決策資源，構建動態(tài)的DSS系統(tǒng)對決策問題進行求解，具有很好的開放性和靈活性。

計算機應用研究2006年第10期（3）基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS是構建在網(wǎng)格平臺上，以決策資源和決策服務的開放、動態(tài)組織為核心，通過決策資源和決策服務在網(wǎng)格平臺上的發(fā)布、注冊、共享、交易、調用等一系列操作實現(xiàn)系統(tǒng)的動態(tài)擴展。將決策資源和決策服務作為電子商品在決策服務電子市場上進行交易的新的資源組織形式改變了DSS開發(fā)的模式，使得DSS開發(fā)由獨立的、封閉式的模式轉變到以市場為中心的開放的、分工合作的開發(fā)模式，從而為推動DSS的資源共享、技術進步、成本降低、領域擴展起到了巨大作用。

（4）基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS具有更高的智能性。在系統(tǒng)中用智能Agent來完成與用戶的交互、問題的分解、問題求解的規(guī)劃、決策資源的規(guī)劃、決策任務的分配、決策結果的綜合等系統(tǒng)核心控制功能。用移動Agent技術來完成控制中心派給的決策任務，利用Agent的智能性和強大的分布式問題處理能力來提高系統(tǒng)的智能性和解決分布式問題的能力。

4 結論與展望

基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS是決策支持技術與網(wǎng)格技術、智能Agent技術相結合的產(chǎn)物。它借助網(wǎng)格的高度分布式資源共享與協(xié)同工作能力，來解決傳統(tǒng)DSS分布式資源共享和協(xié)同工作能力差的問題，利用多Agent系統(tǒng)和移動Agent技術在分布式、動態(tài)、復雜環(huán)境中強大的問題求解能力，提高DSS的智能性。在提出新的DSS體系結構的基礎上，本文重點對系統(tǒng)控制中心的各個功能Agent的功能進行了描述，給出了系統(tǒng)的一般運行流程，最后討論了基于網(wǎng)格和Agent技術的DSS與傳統(tǒng)DSS的區(qū)別。決策資源在決策服務電子市場上的共享和交易是該系統(tǒng)動態(tài)、開放運行的基礎，對決策資源的市場化發(fā)布是我們進一步要研究的方向。

參考文獻：

［1］D N Davis. Agentbased Decision Support Framework for Water Supply Infrastructure Rehabilitation and Development[J].Computers， Environment and Urban Systems， 2000，24:173190.

［2］Manfred A J. Distributed Decision Support and Organizational Connectivity: A Case Study[J].Decision Support System，1997，19(3) :215-225.

［3］遲嘉昱，陳學廣，等.基于網(wǎng)格的開放式?jīng)Q策支持系統(tǒng)模型[J].計算機科學，2004，33（3）：121124.

［4］王珊.數(shù)據(jù)倉庫、聯(lián)機分析處理、數(shù)據(jù)挖掘——基于數(shù)據(jù)倉庫技術的DSS解決方案[J].計算機世界，1997，1（6）：43.

［5］Kadar B，Monnstori L，Szelke E. An ObjectOriented Framework for Developing Distributed Manufacturing Architecture[J].Journal of Intelligent Manufacturing，1998，9(2):173179.

［6］Lange D B， Oshima M.Seven Good Reasons for Mobile Agents[J]. Communication of the ACM， 1999，42(3)：88-89.

［7］I Foster. Internet Computing and the Emerging Grid. Nature Web Matters[EB/OL].http://www.nature.com/nature/webmatters/grid/grid.html，2000-12-07.

［8］胡祥培，修立軍，錢國明.面向問題的知識表示支持系統(tǒng)研究[J]. 哈爾濱工業(yè)大學學報，1999，31(1):1-4.

作者簡介：

王志武 (1974-)，男，河南洛陽人，講師，博士研究生，主要研究方向為決策支持系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成；陳學廣（1947-），男，教授，博導，主要研究方向為決策支持系統(tǒng)、EIS、信息工程；劉霞（1957-），女，講師，博士研究生，主要研究方向為信息系統(tǒng)集成；張艷輝（1976-），女，講師，碩士研究生，主要研究方向為智能控制。

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