網絡環境下的多主體協作技術綜述

摘 要：本文對網絡環境下的多主體協作技術的相關研究做出了綜合性的總結，并對相關的工程應用做出了闡述，說明多主體協作技術在網絡環境下的典型應用。

關鍵詞：多主體協作協作學習計算機網絡

中圖分類號:TP24文獻標識碼:A文章編號:1672-3791(2010)07(c)-0102-01

1引言

在計算機網絡技術日益成熟的現代條件下，多個主體進行協作的原因主要有兩點：（1）多個主體必須協同工作。這是因為當單個主體不能完成給定的任務時，就必須多個主體聯合起來協同完成；（2）多個主體協作時產生的效率或收益要高于單個主體獨立完成時產生的效率或收益[1]。

2主體協作技術概述

現階段，針對主體協作的研究方法大體上可以分為兩類：一類將其它領域（如博弈論，經典力學理論）研究多主體行為的方法和技術用于主體協作的研究；而另一類則從主體的目標、意圖、規劃等心智狀態出發來研究多主體間的協作[1]。相比而言，第一種方法適用于特定的協作環境下，而一旦環境發生變化，則基于該理論的協作方式將失去其內在優勢，因而，現今對于多主體協作的研究方法大部分以第二類為主。

在第二類研究方法中，比較常用的協作方法主要有：

(1)合同網方法（Contact Net）。在所有的協同方法中，合同網是最著名且應用最廣泛的一種。合同網方法由Smith 于1980年提出，它最大的優勢是能夠實現任務的動態分配[13~18]。在合同網方法中，所有的主體分為兩種角色：管理者（Manager）和工作者（Worker），其中管理者的職責包括：

1)對每一待求解任務建立任務通知書，將任務通知書發送給有關的工作者主體；2)接收并評估來自工作者的投標；3)從投標中選擇最適合的工作者，與之建立合同；4)監督任務的完成，并綜合結果。

工作者的職責包括：

1)接收相關的任務通知書；2)評價自己的資格；3)對感興趣的子任務進行任務投標；4)如果投標被接受，按合同執行分配給自己的任務；5)向管理者報告求解結果。

在合同網協作方法中，不需要預先指定主體的角色：任何主體通過發布任務通知書而成為管理者；任何主體通過應答任務通知書而成為工作者。這一靈活性能夠層次地將任務進行分解和分配：系統中的每一待求解任務，由承擔該任務的主體負責完成，當該主體無法獨立完成該任務時，它就將任務分解并履行管理者職責，為每一子任務發送任務通知書；然后從返回的投標中選定“最適合”的工作者主體，將子任務分配給這一主體，建立相應的合同。按合同執行子任務的工作者主體若不能獨立完成任務，就需扮演管理者的角色，將子任務繼續分解，并按合同網的方式實行分配。如此進行下去，直到所有任務都能被獨立完成。顯然，合同網任務分解分配過程形成一個動態的樹結構。

目前，為了擴展合同網的描述能力，許多研究者提出了擴展合同網的概念[2，3]。合同網具有性能平滑衰減的優點，即如果一個工作者主體不能提供一個滿意的解或出現意外不能求解時，管理者還可以尋找另一工作者。但是合同網及其擴展都有一些缺點：

1) 適合于任務能夠獨立分解，子任務之間不存在相互作用的問題；2) 當更有能力的主體在合同建立之前處于忙碌狀態時，管理者只能選擇一個能力有限的合同者，也就是說，求得的解可能不是最優的。3) 管理者沒有義務通知其他的投標者它已經與某個投標者建立了合同；4) 缺乏協議的形式化描述與性能分析。

(2)黑板模型方法。黑板模型最早由Newell提出，其基本思想是多個主體協同求解一個問題，黑板是一個共享的問題求解空間。當問題和初始數據寫在黑板上，并且主體發現黑板上的信息足以支持它進一步求解時，它就把它的求解結果寫在黑板上供其他家使用。這種方法比較適用于事先無法知道求解順序的復雜問題[1]。其缺點是，當多主體系統中的主體很多時，黑板上的數據將呈指數級增長。

(3) 結果共享的協作問題求解模型方法。這種方法最早由Smith和Davis于1981年提出[1]，這種方法的最初模型中，任務的分解與分配都是靜態的，各主體都不能獨立完成任務，通過交換結果實現協作問題逐步求解問題。結果共享的思想很簡單，但是在具體實現上存在很大的困難，主要表現在：主體如何知道哪些結果需要共享；主體需要知道利用共享的結果做什么；主體怎樣將共享結果融合到自己的求解過程中，等等。

(4)功能精確的協同方法（Functionally Accurate Cooperative，FA/C）。這種方法最早由Lesser 和Corkill 在實現分布式Hearsay-2 時提出，從本質上說也是一種結果共享的協同方法求解，但是這種方法提供了在不確定環境下多主體之間連續動態協作求解方式，適合內在具有分布特性的問題求解[19]。但是這種方法在實現過程中也存在很大的障礙，主要表現在：如何結構化局部問題的求解過程，以使協作求解能最大限度地利用有用信息；主體如何對求解過程中出現的不確定信息進行表示、識別和推理，等等。

(5)基于市場機制的協同方法。這方面的研究主要有拍賣協議、協商策略[20~21]。但是這種方法實現的主要問題在于用戶的偏好難以量化和比較。

(6) 基于承諾和約定的協作問題求解模型方法[22~23]。在這種方法中，為了實現一個多主體的聯合意圖而提出的一種量化多模態的多主體協作抽象模型。這種模型具有語義上的完備性，但是不利于具體的實現，分析起來也比較困難。

總而言之，雖然上述方法對多主體間的協作提出了許多理論模型，但是實現起來比較困難，并且在系統分析與驗證上沒有提供很好的依據。另外，現今常用的協作模型只是提供了任務靜態或動態分配算法，都沒有對任務分解進行形式化描述以及對分解的正確性進行分析。

因此，在網絡環境下建立模型來表示和分析任務動態分配與實施以及主體內部心智狀態的變化也是當今多主體系統研究的重點。

3工程應用

現代工程應用中，已經有很多成熟的案例將多主體技術較好地應用在網絡協作模式下，如在網絡環境下建立以學生為主體的分層協作式的學習模式，是在多媒體網絡電子教室硬件基礎上開展的，給學生創造了一個網絡學習環境，教學中本著“學生是學習的主體，教師是指導者”、“對學生因材施教”的教學思想，充分體現學生的主體性，采用“以學生自主學習為主體，學生分組交流、討論，教師對學生的學習進行指導的教學模式”開展教學活動。另外，多媒體網絡環境下的教與學等等相關成熟的應用已經在逐步的推廣中。

4總結

本文對網絡環境下的多主體協作技術的相關研究做出了綜合性的總結，并對相關的工程應用做出了闡述，說明多主體協作技術在網絡環境下的典型應用。

參考文獻

[1] Danny Weyns and Tom Holvoet.A Colored Petri Net for Regional Synchronization in Situated Multi-Agent Systems[J].http://citeseer.ist.psu.edu/698094.html.

[2] 馬建紅，王萬森，季秋.基于改進的合同網的多專家Agent協作的研究[J].計算機應用，2004，24(11):47-49.

[3] 高志軍，顏國正，丁國清.多Agent協作環境下的任務分配[J]. 系統工程與電子技術，2005，27(1):134-136.

[4] 張海俊，史忠植.動態合同網協議[J].計算機工程，2004，30(21):44-46.