基于Ｍｕｌｔｉ Ａｇｅｎｔ的技術性貿易壁壘預警預測系統研究與開發

(北京工業大學 經濟與管理學院， 北京 100022)

摘 要： 技術性貿易壁壘成為阻礙我國出口的主要因素，建立高效的預警預測系統已經勢在必行。結合Multi Agent和Ontology技術，在JADE開發平臺的基礎上，給出了系統的詳細設計方案和實現的關鍵技術。

關鍵詞： Multi Agent; Ontology; JADE; 技術性貿易壁壘

中圖法分類號： TP391文獻標識碼： A

文章編號： 1001 3695(2006)08 0206 03

Research on Early Warning and Alert System Based on Multi Agent for Technical Barriers to Trade 

JIANG Guo rui， REN Rong ping

(School of Economics Management， Beijing University of Technology， Beijing 100022， China)

Abstract: TBT has become the main factor to restrict the export of our country， so it’ s urgent to construct an efficient early warning and alert system for TBT.Combined with the technique of Multi Agent and Ontology， based on the JADE platform， this paper gave the detailed design and the main implementing techniques of early warning and alert system for TBT.

Key words: Multi Agent; Ontology; JADE(Java Agant Development Framework); TBTTechnical Barriers to Trade)

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1 引言

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根據世貿組織的《技術性貿易壁壘協議》（WTO/TBT協議），技術性貿易壁壘（Technical Barriers to Trade， TBT）是以國家安全或保護人類健康和安全、保護動物或植物的生命和健康、保護環境、防止欺詐為前提，以貿易保護主義為目的，憑借技術法規、標準、包裝、標簽、認證、檢驗、檢疫等規定程序，通過制定某些特殊的技術條件，為其他國家商品自由進入本國市場設置障礙。隨著我國加入WTO進程的加快，TBT已成為阻礙我國出口的主要因素，而且還在逐年加重。2002年，我國企業受限比例高達71%，出口產品受限比例為39%，損失金額為170億美元[2]。

在國外TBT的影響下，我國產品受阻、企業受限、經濟受損的主要原因之一是我國的信息不靈通，對進口國家將要制定、正在擬訂和已經實施的技術標準、法規與合格評定程序情況及其細節了解不多，沒能及時地掌握進口國對我國產品形成壁壘的準確信息。從而導致在跨越、應對、突破或規避方面反應遲鈍，甚至錯過時機。因此建立國外TBT的預警機制，及時收集、跟蹤國外的技術性壁壘和綠色壁壘措施的有關信息，對出口產品進口國將要出現或正在形成TBT的信息做到早監測、早發現、早報警，使企業及時了解國外TBT的情況，盡早采取措施，將損失降到最低，已經成為我國亟待解決的重大問題。

目前，在國內關于如何建立TBT預警預測系統的研究還很少。文獻[1]提出了基于Multi Agent和Onto logy 的技術性貿易壁壘的預警預測系統設計方案，利用Multi Agent和Onto logy 技術，結合Agent開發平臺JADE(Java Agent Development Framework)，開發了系統原型。本文在此基礎上，介紹該系統進一步的研究工作與開發技術，給出了該系統設計的關鍵細節，說明了該原型系統開發的核心技術。

2 MAS(Multi Agent System)

MAS是一個松散耦合的Agent網絡，這些Agent通過合作解決超出單個Agent能力或知識的問題。每個Agent是自主的，可以是不同的個人，基于不同的平臺，采用不同的設計方法和計算機語言開發而成的，因而可能是異質的[3]。Multi Agent系統具有自主性、分布性、協調性，并具有自組織能力、學習能力和推理能力。該系統在解決實際問題時具有很強的可靠性、靈活性及可擴展性，被認為是復雜、開放的分布式問題求解的一種可行解決方案[4]。Multi Agent技術在應用于實際系統時，通過各Agent間的通信、合作、協調、調度、管理及控制來表達系統的結構、功能及行為特性。隨著Internet的普及，Multi Agent技術在構建Internet環境下各種各樣的應用系統中得到了越來越廣泛的應用。

3 基于MAS的功能層次劃分

原型系統中MAS功能劃分如圖1所示。

3.1 Agent管理層

該層管理Multi Agent平臺，實現Agent之間基于智能物理Agent基金會(Foundation for ntelligent Physical Agents， FIPA) 標準進行相互通信的基礎架構，并具有開發和部署 Agent 的功能。

在該層中，存在三個系統Agent，分別是AMS，DF和ACC。

(1)AMS(Agent Management System)管理Agent平臺的活動，包括創建、刪除Agent，決定一個Agent是否可以向平臺注冊以及監視Agent從一個平臺向另一個平臺移動。AMS還維護著平臺上當前所有Agent的索引。

(2)DF(Directory Facilitator)為平臺內的Agent提供黃頁服務，是Agent目錄管理者。其他Agent可以向DF注冊服務，也可以通過DF查詢某種服務的提供者Agent。

(3)ACC(Agent Communication Channel)負責平臺內、外 Agent 之間的底層通信。所有的Agent(包括DF和AMS)至少訪問一個ACC以實現與其他Agent的通信。

用戶可以根據自己的需要自定義其所需的Agent管理層。在原型系統中，我們利用JADE進行開發。JADE是基于FIPA規范的，容易實現管理層的三個系統Agent。

3.2 預警層

該層是整個預警預測系統的核心層次，預警預測功能在該層次實現。它包括如下Agent：(1)預警預測Agent——系統主要采用基于案例推理的方法進行TBT的預警預測，是預警預測功能的實現Agent。

(2)預警管理Agent——提供預警管理功能。接收來自企業Agent的TBT預警請求，要求文檔庫Agent完成預警數據的收集功能，然后要求預警預測Agent完成預警預測功能，并將預警預測結果返回給企業Agent。將預警管理Agent置于預警預測Agent前端，以便預警預測Agent可以專注于其預警算法的實現，簡化預警預測Agent結構。

(3)文檔庫Agent——其主要功能有兩點，即為Web服務器提供用戶對涉及相應產品的TBT相關數據及文檔進行查詢；作為數據源供TBT預警預測Agent使用。由于數據量及查詢量比較大，系統設置多個相同的TBT相關文檔庫Agent以優化系統性能。

(4)Ontology Agent——專門為其他Agent提供Ontology服務，保證所有Agent對通信語言有一致的理解，實現語義上的一致性。為了向其他Agent提供服務，它必須在DF上注冊。

(5)搜索Agent——自動收集各個相關WTO/TBT咨詢站點最新的TBT相關文檔；收集進口國新的或正在修改的相關技術標準、技術法規和合格評定程序的細節；收集進口國相關行業、企業、機構和協會的有關信息以及我國產品現行標準信息，并將這類信息進行分類整理，存入文檔庫Agent之中。

3.3 企業層

該層有且僅有一類Agent，即企業Agent。該Agent安裝在各個企業內部。它代表企業與預警管理Agent進行交互，獲取本企業產品的TBT預警預測信息。

4 TBT預警預測系統中多Agent交互機制

統一的通信語言、公共的Agent通信協議及共享的Ontology是保證Agent之間協作的三個基礎技術支持。統一的通信語言是Agent之間進行通信的前提條件，公共的通信協議規定了交互雙方進行通信的消息之間存在的邏輯關系，而共享的Ontology則是Agent通信的基礎，規定了對通信術語和約定的共同理解。因此，可基于JADE平臺建立多Agent系統，利用Protege 2000創建Ontology，并在JADE上實現Ontology Agent提供Ontology服務。

4.1 Agent之間的交互 

JADE中采用的是ACL通信語言。ACL(Agent Communication Language)是由FIPA 提出的，包括傳遞的消息格式、消息內容的表示及通信的動作以及交互協議的描述。下面介紹預警預測系統中各個Agent的交互過程。

（1）企業Agent向預警管理Agent發出預警預測請求。該請求包含了企業產品的相關信息，主要有產品名稱、產品出口國。消息的具體格式如下：

（ｒｅｑｕｅｓｔ

：ｓｅｎｄｅｒ（ａｇｅｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ：ｎａｍｅ ｅａｇｅｎｔ＠ｈｏｓｔ：１０９９／ＪＡＤＥ）

：ｒｅｃｅｉｖｅｒ（ｓｅｔ（ａｇｅｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ：ｎａｍｅ ｗａｒｎｉｎｇＭａｎａｇｅｒ＠ｈｏｓｔ：１０９９／ＪＡＤＥ））

：ｃｏｎｔｅｎｔ ＂（（ａｃｔｉｏｎ （ａｇｅｎｔ ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ：ｎａｍｅ ｗａｒｎｉｎｇＭａｎａｇｅｒ＠ｈｏｓｔ：１０９９／ＪＡＤＥ）Ｗａｒｎ ｆｒｕｉｔ

（ａｐｐｌｅ Ａｍｅｒｉｃａ））＂

：ｌａｎｇｕａｇｅ ｆｉｐａ ｓｌ 

：ｏｎｔｏｌｏｇｙ ＰｒｏｄｕｃｔＷａｒｎｉｎｇ

：ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｉｐａ ｒｅｑｕｅｓｔ

：ｃｏｎｖｅｒｓａｔｉｏｎ ｉｄ ＂１＂

） 

在上面的消息中，企業Agent的名稱為Eagent，預警管理Agent的名稱為warningManager，兩個Agent均位于機器名為Host的計算機上，端口號為1099。Eagent向warningManager發送了一條通信動作為Request的消息，該消息遵守FIPA REQUEST交互協議，要求warningManager收到消息后，針對水果(水果名稱為Apple，水果出口國為America)執行一個名為Warn的行為。Warn行為在Ontology的“ProductWarning”中定義，該行為要求warningManager對水果名稱為Apple，水果出口國為America的情況進行預警預測，提供預警預測結果。

(2)預警管理Agent收到企業Agent發給它的消息后，向文檔庫Agent查詢對該產品進行預警所需數據信息的完備性。文檔庫Agent檢索自己的文檔庫，如果信息完備，則通知預警管理Agent可以進行預警預測；如果不完備，則要求搜索Agent進行信息的搜索，再存入文檔庫中，然后通知預警管理Agent可以進行預警預測。

(3)預警管理Agent向預警預測Agent發出預警請求并得到預警結果，向企業Agent發送一個Inform消息，將預警結果返回給企業Agent。

由于篇幅原因，上面僅列出了企業 Agent 向預警管理Agent的請求預警預測的消息格式及交互協議。從消息格式中我們可以看到Agent的交互需要共同詞匯Ontology的支持。

4.2 Ontology 

為了保證Agent在交換消息時能相互理解，Agent之間必須在領域的模型上或至少在彼此交換信息所涉及領域的模型上取得一致。在解決特定問題域的多Agent系統中，需設定一個專門的Ontology Agent為其他Agent提供以下服務: 發現公共的Ontology以便用來訪問；向DF注冊、更改一組公共的Ontology；促進兩個通信Agent之間共享本體論的一致性。

應用Agent(如企業Agent、預警預測Agent等)通過Ontology Agent可以方便地訪問到自己所需要的Ontology。其服務模型如圖2所示。

一個特定領域的Ontology包括一個名稱、一個基本本體論，一個詞匯表和一組元素Schema四個方面。元素Schema是一些對象，用來描述Agent的內容參考模型(Content Reference Model)中的概念(Concept)、謂詞(Predicate)和Agent行為(Agent Action)。本文的原型系統以蘋果為例創建的Ontology框架如表1所示。

表1中，蘋果、水果、農產品、食品土畜和國家是概念層次上的擴展。

在該框架中，每個元素對應一個Schema ，如Warn元素的Schema結構如表2所示。它表示要對企業Eagent的產品即Apple進行預警預測。

表2中，Fruit為Java類，是一個JavaBean，它有兩個屬性：Name和Country。

特定領域Ontology創建后，它在Ontology Agent中的創建主要分四個步驟: ①創建元素Schema 的Java類；②將元素Schema與Java類結合；③建立jade.content.onto.Ontology類的實例作為Ontology Agent；④將Schema在Ontology Agent上注冊。至此，特定領域Ontology在Ontology Agent中就創建好了。

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5 系統的Web服務功能

系統中文檔庫Agent除了作為數據源供TBT預警預測 Agent 使用外，還為Web服務器提供用戶對涉及相應產品的TBT相關數據及文檔進行查詢。該Web服務功能的相關層次框架結構如圖3所示。

在本框架結構中Agent并不直接與用戶通信，而是經過一個中間平臺Servlet的轉換，再由Servlet將消息轉發給用戶端。采用這種方式是因為一方面可以降低客戶端的配置，不必在客戶端也同時安裝一個Agent環境；另一方面由于一般的Agent平臺之間使用RMI或IIOP通信，而防火墻通常只開放HTTP協議，所以考慮到局域網外的用戶，該框架使用Web方式并利用HTTP隧道來傳遞應用程序之間的消息。相對于正常的 B/S 體系，本框架在服務器后加了一層，即Agent層。 

第一層是客戶端，為了能不斷地從服務器處得到Agent消息，客戶端創建一個進程來定期打開到Servlet的HTTP連接，以讀取服務器緩沖隊列的消息。

第二層是服務器端，它提供Web頁面訪問功能。對于每個用戶的TBT文檔查詢請求，Servlet均建立并維護一個消息緩沖隊列。每當Agent要發送消息給客戶端時， Servlet便接收消息并將之存入隊，一旦客戶端發出讀取消息的請求， 就將緩沖隊列的消息輸出給客戶端。

第三層是Agent服務器，也稱為Agent平臺。其中Agent1，…，Agent n 均為文檔庫Agent。雖然在邏輯上該層與第二層是分離的，但物理上Agent平臺既可以與Web服務器共存于同一臺計算機中，又可以處在同一局域網的不同機器上。 Agent 平臺必須先于消息中轉Servlet啟動。Agent與Servlet的通信可以采用RMI，也可以采用HTTP隧道， JADE系統允許從Agent直接發起一個HTTP連接到指定的Servlet來進行消息傳輸。相對而言，采用隧道通信更簡單，但在效率上要低一些，本框架采用隧道方式。

該框架結構使得文檔庫Agent在滿足預警預測功能要求的同時，直接進行重用就能滿足Web服務的要求。同時，在Web服務中，可充分利用文檔庫Agent的智能性和學習能力來提高查詢效率。而且，隨著文檔庫Agent中數據的累積，可以進行TBT的深度數據挖掘。

6 結論

近年來，我國貿易出口受TBT的影響越來越嚴重，形勢十分嚴峻。盡快建立我國實用、高效、及時、準確的出口產品TBT預警預測系統是我國亟待解決的重大問題。本文基于Multi Agent和Ontology在JADE開發平臺上進行的前期原型開發已經證實了預警預測系統的可行性。該系統具有很強的可擴展性、適應性和實用性。

參考文獻：

[1] 蔣國瑞，趙書良.基于Multi Agent和Ontology的技術性貿易壁壘預警預測系統設計[J].計算機工程與應用，2004，40(27):192-195. 

[2] 蔣國瑞.TBT對我國走新型工業化道路的影響及其對策[J].國際經貿探索，2004，20(2):59-62.

[3] 胡舜耕，等.面向自動文摘的多Agent系統中的協調算法研究[J].計算機研究與發展，2001，38(11):1302-1309.

[4] Sycara K P. Multi Agent Systems[J].AI，1999，2(19)：79-92. 

作者簡介： 蔣國瑞(1954-)，男，河北蠡縣人，副院長，教授，博士后，研究方向為管理信息系統和決策支持系統、技術性貿易壁壘等；任榮平(1981-)，男，湖北宜昌人，碩士研究生，研究方向為信息管理與信息系統。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。