Projektgruppe KIMAS 1/25

UNIVERSITY OF

PADERBORN

Projektgruppe KIMAS

MultiAgenten-Systeme

07.05.2003

Andreas Goebels

Projektgruppe KIMAS 2/25

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PADERBORNÜbersicht

Begriff

Entwurf eines MAS

Kommunikation in MAS

Planung in MAS

Swarm-Intelligence

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PADERBORNÜbersicht

Begriff

Entwurf eines MAS

Kommunikation in MAS

Planung in MAS

Swarm-Intelligence

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PADERBORNBegriff

Multiagentensysteme (MAS):• Menge von autonomen Agenten• Koordination von Zielen, Fähigkeiten und

Plänen (gemeinsames Agieren)

Agent

Agent

Agent

Agent

Agent

Plan

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PADERBORNBegriff

Definiton (Ferber):MAS ist ein System aus folgenden Elementen:• Umwelt E (i.A. ein Raum mit Volumen)• Menge von Objekten O• Menge von Agenten A (A Teilmenge von O)• Menge von Beziehungen R, die Objekte

verbinden• Menge von Operatoren Op (Modifikation von

Objekten)• Operatoren zur Darstellung

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Begriff

Entwurf eines MAS

Kommunikation in MAS

Planung in MAS

Swarm-Intelligence

Projektgruppe KIMAS 7/25

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PADERBORNEntwurf eines MAS I

Entwurfsbereiche

Architektur der einzelnen Agenten

Regelung der Koordination

Projektgruppe KIMAS 8/25

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PADERBORNEntwurf eines MAS II

Architektur• Simple Reflex Agent• Goal Based Reflex Agent• …

Homogene / Heterogene Gruppen

Projektgruppe KIMAS 9/25

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PADERBORNEntwurf eines MAS III

Koordination durch Kooperation• Zusammenarbeit• Gemeinsames Verfolgen von Zielen• Phasen:

• Problemzerlegung (zentral / dezentral)• Lösung der Teilprobleme• Synthese der Gesamtlösung (zentral / dezentral)

Hilfsmittel: Kommunikation

Projektgruppe KIMAS 10/25

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PADERBORNEntwurf eines MAS IV

Koordination durch Konkurrenz• Verfolgung unterschiedlicher, teilweise

widersprüchlicher Ziele

Hilfsmittel: Kommunikation

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Begriff

Entwurf eines MAS

Kommunikation in MAS

Planung in MAS

Swarm-Intelligence

Projektgruppe KIMAS 12/25

UNIVERSITY OF

PADERBORNKommunikation in MAS I

Unterschiedliche Reichweite• Globale Kommunikation

• Broadcast• Direktes Adressieren

• Lokale Kommunikation• Lokaler Broadcast• Next k neighbours

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PADERBORNKommunikation in MAS II

Unterschiedliche Kommunikationsart• Direkte Kommunikation (Protokolle)• Indirekte Kommunikation (Stigmergy)

Vorlesung 14.05.2003

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Begriff

Entwurf eines MAS

Kommunikation in MAS

Planung in MAS

Swarm-Intelligence

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PADERBORNPlanung in MAS I

„Planen ist das Entwerfen einer Aktionsfolge, mit der eine Startsituation in eine gewünschte Zielsituation überführt

werden kann“ (B. Neumann)

Existenz mehrerer autonomer Agenten Individuell unterschiedliche Pläne Kommunikation notwendig kein sequentieller Aktionsablauf (Nebenläufiger Plan)

Gebiet / Bereich: Verteilte künstliche Intelligenz

Projektgruppe KIMAS 16/25

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PADERBORNPlanung in MAS II

Arten der Planung

• Zentrales Planen

• Dezentrales Planen

• Blackboard-Planen

Projektgruppe KIMAS 17/25

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PADERBORNPlanung: Zentrales Planen I

Planung an einer einzelnen Stelle (Master) Befehlskette unidirektional

Master

ServantServant

Servant

Servant

Servant

Projektgruppe KIMAS 18/25

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PADERBORNPlanung: Zentrales Planen II

Vorteile• Geringe Kommunikation• Keine Zielkonflikte der Agenten

Nachteile• Fehleranfällig (Master fällt aus)• Sehr komplex (Alle Agenten betrachten)• Geringe Autonomie (neue Probleme)

Projektgruppe KIMAS 19/25

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PADERBORNPlanung: Dezentrales Planen I

Jeder Agent besitzt Planungseinheit Abstimmung durch Kommunikation

Agent

Agent

Agent

Agent

Agent

Projektgruppe KIMAS 20/25

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PADERBORNPlanung: Dezentrales Planen II

Vorteile• Geringer Planungsaufwand

(lokale Informationen, nur ein Agent)• Sehr Fehlertolerant

(gegenseitige Überprüfung)

Nachteile• Viel Kommunikation• Konfliktpotential

Projektgruppe KIMAS 21/25

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PADERBORNPlanung: Blackboard-Planen I

Kompromiss zwischen verteilter und zentraler Planung

Gemeinsames Kommunikationsmedium (Speicherbereich, Simulationsumgebung etc.)

Agent

Agent

AgentAgent

Blackboard

Projektgruppe KIMAS 22/25

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PADERBORNPlanung: Blackboard-Planen II

Vorteile• Planungsaufwand gering• Fehlertolerant (Redundanz)• Geringe Kommunikation

Nachteile• Mittleres Konfliktpotential

Fehlertolerant Konfliktpotential

Projektgruppe KIMAS 23/25

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Begriff

Entwurf eines MAS

Kommunikation in MAS

Planung in MAS

Swarm-Intelligence

Projektgruppe KIMAS 24/25

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PADERBORNSwarm Intelligence I

an natürliche Populationen angelehnt große Anzahl autonomer Agenten mehr-dimensionale Umwelt Selbstorganisation durch Interaktion

spezielle Form von MAS

Projektgruppe KIMAS 25/25

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PADERBORNSwarm Intelligence II

Eigenschaften von Swarm-Intelligence Algorithmen:

• Robustheit: einzelne Individuen können ausfallen

• Flexibilität: Änderungen in der Umwelt / fehlgeschlagene Aktionen werden kompensiert

• Emergenz: Gruppenfähigkeit ist größer als die Summe der Einzelfähigkeiten