An adaptive communication model for mobile agents in highly dynamic networks based on forming flexible regions via swarming behabiour

Im letzten Jahrzehnt gilt die mobile Agententechnologie als eines der wichtigsten Forschungsgebiete der Informatik. Mobile Agenten sind Software, die Aufträge im Namen ihrer Besitzer erfüllen können (ZK02). Mobile Agenten können selbstbestimmend von Server zu Server migrieren, sie können ihren Arbeitsstand speichern und dann ihre Arbeit am neuen Aufenthaltsort fortsetzen. Ihre wichtigsten Merkmale sind: autonom, reaktiv, opportunistisch und zielgerichtet. Diese genannten Merkmale sind für verteilte Anwendungen geeignet, z. B: Ressourcenverteilung (TYI99), Netzwerkmanagement (MT99), E-Commerce (BGP05), Fernüberwachung CMCV02), Gesundheitssysteme (Mor06), um nur einige zu nennen. Es ist die Mobilität der Agenten, die mobile Agenten zu einer guten Computing Technologie macht (Pau02). Kommunikation ist wesentlich in verteilten Systemen, und dies gilt auch für mobile Agentensysteme (LHL02). Neben den eher technischen Aspekten mobiler Agententechnologien, wie Migration (Bra03) und Kontrollmechanismen (Bau00), wurde die Kommunikation zwischen den Agenten als eine der wichtigsten Komponenten in der mobilen Agententechnologie identifiziert (FLP98). Es ist diskutiert worden, ob Agentenkommunikation ausschließlich lokal sein sollte, angesichts der Tatsache, dass mobile Agenten erfunden wurden, weil man die Verarbeitung zu den Daten tragen möchte, anstatt umgekehrt (SS97). Allerdings hat es sich gezeigt, dass es in vielen Fällen lohnt, wenn die mobilen Agenten kommunizieren anstatt migrieren (BHR+97),(FLP98),(ea02). Kommunikation hilft mobilen Agenten, eine bessere Leistung zu erreichen (Erf04). Kommunikation ist daher aus unserer Sicht die Basis mobiler Agentensysteme. An der Friedrich-Schiller-Universität Jena ist das interdisziplinäre Projekt SpeedUp seit April 2009 durchgeführt worden (FSU11). Das Projekt entwickelt ein Unterstützungssystem für Rettungs- und Einsatzkräfte bei einem Massenanfall von Verletzten (MANV). Im Projekt ist das Konzept mobiler Agenten als eine der Basistechnologien ausgesucht worden. Die hohe Netzwerkdynamik stellt neue Herausforderungen für mobile Agentensysteme dar, die in MANV Rettungsszenarien arbeiten. Es wird erwartet, dass die Kommunikation sich an die dynamische Umgebung zur Ausführungszeit anpassen kann. Dazu fehlen heute tragfähige Konzepte. In dieser Arbeit wird daher ein Ansatz zur adaptiven Kommunikation mobiler Agenten in hochdynamischen Netzwerken des SpeedUp-Typs vorgestellt. Nach unserer Beurteilung sollte die Kommunikation zwischen den mobilen Agenten nicht nur Interoperabilität und Standortunabhängigkeit, sondern auch Anpassungsfähigkeit aufweisen. Wir schlagen ein Kommunikationsmodell vor, das sich auf den koordinierenden Aspekt und das Zusammenspiel der Agenten konzentriert, sowie die Zuverlässigkeit und die Fehlertoleranz unterstützt. Um die Netzwerkdynamik zu managen, planen wir einen selbstorganisierten Mechanismus zu verwenden, der sich ”honey bee” inspiriertes Verfahren nennt. Wir werden dazu eine Software für ein adaptives Kommunikationsmodell mobiler Agenten, basierend auf das mobile Agentensystem Ellipsis gestalten, implementieren, und evaluieren.In the last decade, mobile agent technology has been considered as one of the most active research fields in computer science. Mobile agents are software agents which run on behalf of their owner to fulfil jobs that have been ordered (ZK02). They have the ability to migrate from location to location in the network, they can temporarily save their work state at the time of migrating and then restore their tasks when arriving at the new location. Their outstanding characteristics are to be autonomous, reactive, opportunistic, and goal-oriented. Those characteristics are suitable for distributed applications, such as resource allocation (TYI99), network management (MT99), remote supervision (CMCV02), e-commerce (BGP05), health care systems (Mor06), to name but a few. It is the mobility of mobile agents that makes them to be a powerful computing technique, especially for pervasive computing (Pau02). Communication is an essential component of distributed systems and this is no exception for multiagent systems (LHL02). Besides technical aspects of mobile agent technology, such as migrations (Bra03) and control mechanisms (Bau00), communication between mobile agents has been identified as an important issue in mobile agent technology (FLP98). It has been argued whether agent communication should be remote or restricted to local, considering that the main reason for the birth of mobile agents was to move computation to the data instead of moving the data to the computation. Therefore, remote communication could be avoided completely (SS97). However, it has been shown that in many cases mobile agent systems can benefit from performing communication instead of sending agents to remote platforms (BHR+97),(FLP98),(ea02). The communication between agents helps to increase the chance that an agent attains its objectives (Erf04). Communication is one of the bases of multi-agent systems; it is difficult, if not impossible for a group of agents to solve tasks without communication (Hel03). At Friedrich Schiller University Jena, an interdisciplinary project, named SpeedUp, for the support of handling mass casualty incidents (MCI) has been in development since April 2009 (FSU11). In the project the mobile agent concept has been selected as one of the main technologies on the communication infrastructure level. The dynamic nature of MCI networks poses new challenges to mobile systems working in a rescue scenario. For mobile agent systems working in highly dynamic networks, communication between mobile agents is expected to adapt easily to environmental stimuli which occur at execution time. Much research has been done into the design of an appropriate, highly flexible model for mobile agent communication in dynamic networks. However, to the best of our knowledge none of the suggested solutions has been able to achieve the necessary performance and quality attributes to count as a practical solution. In most cases, these existing approaches seem to neglect the inherent dynamics of modern networks. In this dissertation, we present our approach for an adaptive communication model for mobile agent systems in highly dynamic networks of the SpeedUp type. In our opinion, communication in mobile agent systems should deal not only with interoperability and location-transparency, but also with adaptability. To achieve industrial strength, we propose a model for agent communication that focuses on the cooperation aspect of agent interaction and supports reliability and fault tolerance as the key qualities, while keeping up an acceptable overall performance at the same time. For the management of highly dynamic communication domains we use a self-organizing mechanism, a so-called honey bee inspired algorithm. In order to ensure message delivery, we propose a resilient mechanism for the management of a mobile agent’s location. Based on this thesis, we will design, implement and evaluate a software prototype for an adaptive model for mobile agent communication based on the Ellipsis mobile agent system

Constructing Mobile Agents using Transformations

Although mobile agents are widely accepted as a useful and elegant way to develop software for distributed systems, they are not widely-used. One of the main reasons for this is the lack of provable and manageable protection of an agent platform. We present a working prototype of a mobile agent programming and execution environment based on term graph transformation and the strongly typed functional programming language Haskell. The well-understood type system of Haskell can be used to guarantee that a mobile agent cannot do arbitrary I/O on an agent platform. Therefore the mobile agent migrates as Haskell source code and is type-checked on each platform. The services a platform offers to a mobile agent are encapsulated in so-called possibly-provided functions (PPFs). A PPF is a function that returns a value of type Maybe a for arbitrary a. A PPF need not be available on all platforms. If it is not available, it will be temporarily replaced with a function returning the value Nothing of type Maybe a by a preprocessor on the agent platform. In order to be able to replace a PPF, the Haskell code is encapsulated in a list of code fragments. A strongly typed mobile agent which consists of one complex function with a complex parameter which has to be encapsulated in a list of code fragments is a very awkward piece of software. The complex parameter is the data part of the mobile agent and is called its suitcase. Conventional programming using a normal text editor is not feasible. Therefore we use the Higher Object Programming System HOPS, a graphically interactive program development and transformation system based on term graphs, for developing a mobile agent. When using HOPS we have the ability to define an easy-to-use domain-specific language for mobile agents and to derive the necessary shape of the mobile agent code using term graph transformation. Not only the encapsulation into the code fragment data type can be automated, but also the complex suitcase can be generated automatically from small manageable pieces. With this thesis we demonstrate that the combination of a strongly typed functional language and a development process which is aided by term graph transformation together with our concept of PPFs is a very well suited approach towards a fully-fledged mobile agent system.Obwohl mobile Agenten weitestgehend akzeptiert wurden als nützliche und elegante Art Software für verteilte Systeme zu entwicklen, werden sie kaum eingesetzt. Einer der Hauptgründe dafür ist das Fehlen eines beweisbaren und beherrschbaren Schutzmechanismus für eine Agentenplattform. Wir präsentieren mit dieser Arbeit einen funktionstüchtigen Prototyp einer Programmier- und Ausführungsumgebung für mobile Agenten basierend auf Termgraph Transformation und der rein funktionalen Programmiersprache Haskell. Das Typsystem von Haskell kann garantieren, dass ein mobiler Agent keine beliebigen E/A Aktionen auf einer Agentenplattform ausführen kann. Um es zu nutzen migriert der mobile Agent asl Haskell Quellcode und der Typ wird auf jeder Agentenplattform überprüft. Die Dienste die eine Agentenplattform den mobilen Agenten zur Verfügung stellt, sind in sogennannte possibly-provided functions (PPFs) gekapselt. Eine PPF ist eine Funktion die einen Wert vom Typ Maybe a für ein beliebiges a zurückliefert. Eine PPF muß nicht auf jeder Plattform vorhanden sein. Wenn die PPF nicht vorhanden ist, wird sie temporär von einem Präprozessor durch eine Funktion die den Wert Nothing liefert ersetzt. Um eine solche Ersetzung möglich zu machen, wurde der Haskell code in eine Liste sogenannter Code Fragmente eingebettet. Ein streng typisierter mobiler Agent der aus einer komplexen Funktion mit einem komplexen Parameter besteht, die in eine Liste von Code Fragmenten eingebettet werden muß, ist ein schwierig zu handhabendes Stück Software. Der komplexe Parameter ist der Datenteil des mobilen Agenten und wird Suitcase genannt. Herkömmliche Programmierung mit einem gewöhnlichen Texteditor ist nicht praktikabel. Aus diesem Grunde nutzen wir das Higher Object Programming System HOPS, ein graphisches, interaktives Programmentwicklungs- und -transformationssystem basierend auf Termgraphen, für die Entwicklung eines mobilen Agenten. Durch die Verwendung von HOPS ist es möglich eine einfach zu nutzende Domain-Specific Language für mobile Agenten zu definieren und mittels Termgraph Transformation die benötigte Form daraus herzuleiten. Neben der Einbettung des mobile Agenten in die Liste der Code Fragmente kann der komplexe Suitcase aus kleinen, überschaubaren Teilen generiert werden. Mit dieser Arbeit haben wir gezeigt, dass die Kombination einer streng typisierten, funktionalen Programmiersprache und einem Softwareentwicklungsprozess der durch Termgraph Transformation unterstützt wird, zusammen mit unserem Konzept der PPFs, ein sehr gut geeigneter Ansatz in Richtung eines vollwertigen System für mobile Agenten ist

Entwurf einer auf XML basierenden Beschreibungssprache für Benutzerschnittstellen im Kontext von Mobile-Agenten-Systemen

Mobile-Agenten erweitern die Möglichkeiten von verteilten Systemen dadurch, dass sie lauffähigen Code transportieren und diesen ausführen können. Sie können sich frei im Netzwerk bewegen, dort nach Informationen suchen und Aufgaben im Namen ihrer Auftraggeber ausführen. Viele Mobile-Agenten-Plattformen verwenden Java als Laufzeitumgebung, dadurch sind sie unabhängig vor dem darunter-liegenden Betriebssystem. Auf eine Unterstützung einer Anzeigegeräte-unabhängigen Benutzer-Agent-Interaktion wird aber meist nicht geachtet. Betrachtet man sich diese Anzeigegeräte mit den unterschiedlichen Eigenschaften in Display-Größe, Farbfähigkeit und Möglichkeiten für die Ein-und Ausgabe, besonders im Zusammenhang mit mobilen Geräten, z.B. Smartphpones und PDAs, ist es verständlich warum der Benutzer oft noch auf herkömmliche Geräte zur Interaktion angewiesen ist. Der Fokus dieser Diplomarbeit lag auf der Entwicklung eines Frameworks, das graphische Java-Benutzerschnittstellen in einem geräteunabhängigen XML-Format beschreibt und daraus ein geräteabhängiges Format erzeugt. Ein besonderes Augenmerk lag dabei in der einfachen Erweiterbarkeit des Frameworks, um zukünftige Ausgabeformate zu unterstützen, weswegen die Technik XSLT zum Einsatz kam. Nach dem Übermitteln der GUI-Daten werden über einen Rückkanal die Benutzerinteraktionen wieder dem Framewok zugeführt. Da die meisten mobilen Geräte einen Webbrowser integriert haben, eignen sich die Markup-Sprachen HTML oder WML besonders gut als Ausgabeformate für diese Geräte. Das Framework erlaubt darüberhinaus sowohl die lokale als auch die entfernte Interaktion mit den Software-Agenten. Sowohl für den Transport der GUI-Daten als auch für die Interaktion mit Agenten verwendet das Framework die Sicherheitsmechanismen der Agenten-Plattform SeMoA (Secure Mobile Agents). Das vorgestellte Framework lässt sich in SeMoA einfach integrieren und gestattet die individuelle Konfiguration der Interaktionsmethode mit einem Agenten

Mobile Software-Agenten für neuartige Funktionen und Nutzeffekte in intelligenten Gebäudesystemen

Anwendungsbezogene Software innerhalb vernetzter Gebäude nimmt immer mehr zu. Neue Standards erlauben den einfachen Fernzugriff, um neue Services zu installieren oder um Updates aufspielen zu können. Zu diesem Thema wird der OSGi-Standard vorgestellt, der ein Management von Software während des Betriebs vornehmen kann. Außerdem nimmt die Netzlast der heterogenen Netze innerhalb und zu den Häusern stetig zu. Hier können mobile Softwareagenten ihre Vorteile gegenüber herkömmlichen, statischen Kommunikationsmechanismen hervorheben. Im folgenden Text wird die Integration solcher mobilen Softwareagenten in bestehende Standards intelligenter Häuser beschrieben und anhand des Innovationszentrum Intelligentes Haus Duisburg (www.inhaus-duisburg.de) beispielhaft erläutert. Nach der Einleitung wird in Kapitel 2 der aktuelle Stand der Technik beschrieben. Dabei wird vor allem auf den OSGi-Standard und die Technik der mobilen Softwareagenten eingegangen. Im Kapitel 3 wird stehen vor allem Voranalysen zur Fernwartung, Optimierungen von Regelungen und die Integration dynamischer Netzteilnehmer im Vordergrund, die durch die beschriebenen Mechanismen erleichtert werden. Im Kapitel 4 werden die Ergebnisse kurz zusammengefaßt und einen Ausblick gegeben

Klausurtagung des Instituts für Telematik. Schloss Dagstuhl, 29. März bis 1. April 2000

Der vorliegende Bericht gibt einen Überblick über aktuelle Forschungsarbeiten des Instituts für Telematik an der Universität Karlsruhe (TH). Das Institut für Telematik ist in einem Teilgebiet der Informatik tätig, welches durch das Zusammenwachsen von Informatik und Kommunikationstechnik zur Telematik geprägt ist. Es gliedert sich in die Forschungsbereiche Telematik, Telecooperation Office (TecO), Cooperation & Management, Hochleistungsnetze und Netzwerkmanagement sowie dezentrale Systeme und Netzdienste. Die Schwerpunkte des Forschungsbereichs "Telematik" (Prof. Dr. Dr. h.c. mult. G. Krüger) liegen in den Bereichen "Dienstgüte", "Mobilkommunikation" und "Verteilte Systeme". Gemeinsames Ziel ist die Integration heterogener Netze (Festnetze und Funknetze), Rechnersysteme (von Workstations bis zu PDAs) und Softwarekomponenten, um damit den Anwendern eine Vielzahl von integrierten Diensten effizient und mit größtmöglicher Qualität zu erbringen. Das "Telecooperation Office" (TecO, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. G. Krüger) ist ein Institutsbereich, der in Zusammenarbeit mit der Industrie anwendungsnahe Forschungsthemen der Telematik aufgreift. Im Mittelpunkt steht die innovative Nutzung von Kommunikationsinfrastrukturen mit den Schwerpunkten Softwaretechnik für Web-Anwendungen, neue Formen der Telekooperation sowie tragbare und allgegenwärtige Technologien (Ubiquitous Computing). Die Kernkompetenz des Forschungsbereichs "Cooperation & Management" (Prof. Dr. S. Abeck) liegt im prozessorientierten Netz-, System- und Anwendungsmanagement. Es werden werkzeuggestützte Managementlösungen für Betriebsprozesse entwickelt und in realen Szenarien erprobt. Ein wichtiges Szenario stellt das multimediale Informationssystem "NEXUS" dar, das als Plattform eines europaweit verteilten Lehr- und Lernsystems genutzt wird. Der Forschungsbereich "Hochleistungsnetze & Netzwerkmanagement" (Prof. Dr. W. Juling) befasst sich mit Technologie und Konzepten moderner leistungsfähiger Netzwerke sowie darüber hinaus mit sämtlichen Aspekten des Managements dieser zumeist ausgedehnten Netze. Um eine enge Abstimmung zwischen Forschungsaktivitäten und betrieblicher Praxis zu erzielen, werden insbesondere auch Synergien zwischen Institut und Rechenzentrum angestrebt. Die Arbeiten des Forschungsbereichs "Dezentrale Systeme und Netzdienste" (Prof. Dr. L. Wolf) befassen sich mit der Unterstützung verteilter Multimedia-Systeme, auch unter Berücksichtigung von Komponenten mit drahtlosem Zugang und den dafür geeigneten Architekturen und Infrastrukturen. Dabei werden vor allem Aspekte der Kommunikationssysteme wie Protokollmechanismen, Ressourcenverwaltung und adaptive und heterogene Systeme untersucht

Qualitatives, räumliches Schließen zur Kollisionserkennung und Kollisionsvermeidung autonomer BDI-Agenten

Die Trends und Veränderungen in der Logistik führen zu einem dezentralen Ansatz der Steuerungssysteme, um die Komplexität logistischer Systeme zu reduzieren. Softwareagenten, insbesondere BDI-Agenten (Belief-Desire-Intention), als Gegenstand dieser Arbeit, bieten aufgrund ihrer Eigenschaften geeignete Konzepte diesen Ansatz umzusetzen. Im räumlichen Kontext ist das Wissen der Agenten über ihre Umwelt häufig unsicher. Dieser Beitrag adressiert das Problem der autonomen, kollisionsfreien Bewegung von mehreren, interagierenden Agenten auf Basis von unsicherem Wissen im Kontext der Transportlogistik. Zu diesem Zweck bietet die Perspektive des qualitativ räumlichen Schließens geeignete Konzepte. Der Ansatz wird durch eine Multiagentensimulation in einem transportlogistischen Szenario, im Speziellen mit verschiedenen organisationstheoretischen Konzepten bezüglich des Verhaltens der Agenten ausgewertet

Kommunikation zwischen autonomen Agenten

Dieser Beitrag ist mit Zustimmung des Rechteinhabers aufgrund einer (DFG geförderten) Allianz- bzw. Nationallizenz frei zugänglich.This publication is with permission of the rights owner freely accessible due to an Alliance licence and a national licence (funded by the DFG, German Research Foundation) respectively.Softwareagenten sind Programme, die einen Auftrag autonom und weitgehend selbständig ausführen. Man spricht von mobilen Agenten, wenn diese Programme selbstbestimmt ihre Ausführungsumgebung in einem Netzwerk wechseln können. Die Mobilität der Software impliziert ein neues Programmierparadigma für verteilte Systeme, das die bekannten Interaktionskonzepte herkömmlicher Verteilungsplattformen erweitert. Anwendungen mit mobilen Agenten finden sich in ganz unterschiedlichen Bereichen, wie Netz- und Systemmanagement, elektronische Marktplätze und Logistik

Qualitatives, räumliches Schließen zur Kollisionserkennung und Kollisionsvermeidung autonomer BDI-Agenten

Die Trends und Veränderungen in der Logistik führen zu einem dezentralen Ansatz der Steuerungssysteme, um die Komplexität logistischer Systeme zu reduzieren. Softwareagenten, insbesondere BDI-Agenten (Belief-Desire-Intention), als Gegenstand dieser Arbeit, bieten aufgrund ihrer Eigenschaften geeignete Konzepte diesen Ansatz umzusetzen. Im räumlichen Kontext ist das Wissen der Agenten über ihre Umwelt häufig unsicher. Dieser Beitrag adressiert das Problem der autonomen, kollisionsfreien Bewegung von mehreren, interagierenden Agenten auf Basis von unsicherem Wissen im Kontext der Transportlogistik. Zu diesem Zweck bietet die Perspektive des qualitativ räumlichen Schließens geeignete Konzepte. Der Ansatz wird durch eine Multiagentensimulation in einem transportlogistischen Szenario, im Speziellen mit verschiedenen organisationstheoretischen Konzepten bezüglich des Verhaltens der Agenten ausgewertet. --qualitatives räumliches Schließen,Multiagentensystem,Kollisionserkennung,Kollisionsvermeidung,geographische Informationssysteme,Logistik,Organisationstheorie