Kooperierende Agenten

Das vorliegende Dokument gibt eine Übersicht über die Aktivitäten des DFKI im Arbeitsbereich \u27Kooperierende Systeme\u27. Es werden die laufenden Projekte des Bereichs allgemein vorgestellt. Die Systeme (Entwicklungsumgebungen) der einzelnen Projekte werden eingeführt und Anwendungen unter Benutzung verschiedener Kooperationstechniken beschrieben. Ferner werden Techniken auf theoretischer Basis abgehandelt.The document in hand displays an overview of the DFKI activities in the field of \u27Cooperating Systems\u27. Current projects within the field will be presented. The systems and tools of the different projects will be introduced and the applications will be described with a special view on the different cooperation techniques. Eventually some specific techniques will be discussed on a more theoretical level

Kooperierende Agenten

Das vorliegende Dokument gibt eine Übersicht über die Aktivitäten des DFKI im Arbeitsbereich 'Kooperierende Systeme'. Es werden die laufenden Projekte des Bereichs allgemein vorgestellt. Die Systeme (Entwicklungsumgebungen) der einzelnen Projekte werden eingeführt und Anwendungen unter Benutzung verschiedener Kooperationstechniken beschrieben. Ferner werden Techniken auf theoretischer Basis abgehandelt.The document in hand displays an overview of the DFKI activities in the field of 'Cooperating Systems'. Current projects within the field will be presented. The systems and tools of the different projects will be introduced and the applications will be described with a special view on the different cooperation techniques. Eventually some specific techniques will be discussed on a more theoretical level

Multiagentensysteme für die kooperative Transportdisposition: das soziotechnische Rationalisierungspotential der Verteilten Künstlichen Intelligenz (VKI)

In der vorliegenden Studie geht es darum, das soziotechnische Rationsalisierungspotential der Multiagenten-Technologie - einem Forschungsgebiet der Verteilten Künstlichen Intelligenz (VKI) - für die kooperative Disposition von Transportabläufen einzuschätzen. Im Vergleich zu konventionellen Softwareprogrammen, die mit mathematischen Optimierungsprogrammen des Operations Research arbeiten, sind Multiagentensysteme stärker an den praktischen Anforderungen der Transportdisposition ausgerichtet und bieten dabei ein soziotechnisch angemesseneres Modell der Transportdomäne. Aus soziologischer Sicht sollen dennoch einige Defizite der Modellierung und Simulation der sozialen Praxis in Transportunternehmen benannt und die soziotechnischen Entwicklungsperspektiven der Multiagenten-Technologie in der Transportdisposition aufgezeigt werden.This paper deals with the socio-technical potential of multi-agent systems to rationalize procedures of cooperative transportation planning and dispatching. Compared to conventional software systems operating with optimization procedures (e.g. operations research) multi-agent technology - as part of the research on Distributed Artificial Intelligence (DAI) - is better suited to meet real-world requirements of planning and dispatching processes in the transportation and logistic domain. From a sociological perspective, some weaknesses of simulation and social modelling approaches will be analysed and – against the background of these problems - the opportunities for multi-agent technology in the transportation domain will be discussed in this paper

Human Autonomy Teaming - The Teamwork of the Future

Dies ist ein Herausgeberwerk.Der Zusammenarbeit von Mensch und Technik kommt angesichts technologischer Fortschritte eine immer größere Bedeutung zu. Das Human Autonomy Teaming (HAT) birgt in diesem Zusammenhang als neue Form der Teamarbeit zwischen menschlichen Teammitgliedern und technischen Einheiten, sogenannten autonomen Agenten, ein großes Potenzial. Der Mensch kooperiert mit seinem technischen Teammitglied und wird von diesem bei gemeinsamen Aufgaben im Team unterstützt. Beide Akteure ergänzen sich mit ihren individuellen Stärken gegenseitig im Team. In diesem Buch sind aktuelle Themen im Rahmen des HAT für Forscher/innen und Praktiker/innen übersichtlich aufbereitet, um gemeinsam zur erfolgreichen Umsetzung autonomer Agenten als Teammitglied des Menschen im Sinne eines HAT beitragen zu können. In Kapitel 1 wird in das Thema eingeleitet, grundlegende Definitionen und Modelle für das gesamte Werk vorgestellt sowie die Potentiale des HAT aufgezeigt. Kapitel 2 thematisiert menschliche und technische Anforderungen für erfolgreiches HAT, bevor in Kapitel 3 näher auf die Zusammenarbeit zwischen Mensch und Technik und die damit einhergehenden Stärken und Schwächen eingegangen wird. Kapitel 4 liefert Einblicke in aktuelle Anwendungsgebiete des HAT. Abschließend werden in Kapitel 5 zukünftige Entwicklungen des HAT diskutiert. As a result of technological advances, collaboration between humans and technology is becoming increasingly important. In this context, Human Autonomy Teaming (HAT), as a new form of teamwork between humans and technology, so-called autonomous agents, has great potential and offers many possibilities in research and application. Both team members complement each other with their individual strengths striving to achieve a common goal. In this book, current topics within the framework of the HAT are clearly presented for researchers and practitioners in order to be able to jointly contribute to the successful implementation of autonomous agents as team members in the sense of HAT. Chapter 1 introduces the topic, basic definitions and models for the entire work, and shows the potential of HAT. Chapter 2 deals with human and technological requirements for successful HAT, before chapter 3 goes into more detail on the cooperation between humans and technology and the associated strengths and weaknesses. Chapter 4 provides insights into current fields of application of HAT. Finally, in Chapter 5, future developments of HAT are discussed

Kooperative Angriffserkennung in drahtlosen Ad-hoc- und Infrastrukturnetzen: Anforderungsanalyse, Systementwurf und Umsetzung

Mit der zunehmenden Verbreitung mobiler Endgeräte und Dienste ergeben sich auch neue Herausforderungen für ihre Sicherheit. Diese lassen sich nur teilweise mit herkömmlichen Sicherheitsparadigmen und -mechanismen meistern. Die Gründe hierfür sind in den veränderten Voraussetzungen durch die inhärenten Eigenschaften mobiler Systeme zu suchen. Die vorliegende Arbeit thematisiert am Beispiel von Wireless LANs die Entwicklung von Sicherheitsmechanismen für drahtlose Ad-hoc- und Infrastrukturnetze. Sie stellt dabei den umfassenden Schutz der einzelnen Endgeräte in den Vordergrund, die zur Kompensation fehlender infrastruktureller Sicherheitsmaßnahmen miteinander kooperieren. Den Ausgangspunkt der Arbeit bildet eine Analyse der Charakteristika mobiler Umgebungen, um grundlegende Anforderungen an eine Sicherheitslösung zu identifizieren. Anhand dieser werden existierende Lösungen bewertet und miteinander verglichen. Der so gewonnene Einblick in die Vor- und Nachteile präventiver, reaktiver und angriffstoleranter Mechanismen führt zu der Konzeption einer hybriden universellen Rahmenarchitektur zur Integration beliebiger Sicherheitsmechanismen in einem kooperativen Verbund. Die Validierung des Systementwurfs erfolgt anhand einer zweigeteilten prototypischen Implementierung. Den ersten Teil bildet die Realisierung eines verteilten Network Intrusion Detection Systems als Beispiel für einen Sicherheitsmechanismus. Hierzu wird eine Methodik beschrieben, um anomalie- und missbrauchserkennende Strategien auf beliebige Netzprotokolle anzuwenden. Die Machbarkeit des geschilderten Ansatzes wird am Beispiel von infrastrukturellem WLAN nach IEEE 802.11 demonstriert. Den zweiten Teil der Validierung bildet der Prototyp einer Kooperations-Middleware auf Basis von Peer-to-Peer-Technologien für die gemeinsame Angriffserkennung lose gekoppelter Endgeräte. Dieser kompensiert bisher fehlende Mechanismen zur optimierten Abbildung des Overlay-Netzes auf die physische Struktur drahtloser Netze, indem er nachträglich die räumliche Position mobiler Knoten in die Auswahl eines Kooperationspartners einbezieht. Die zusätzlich definierte Schnittstelle zu einem Vertrauensmanagementsystem ermöglicht die Etablierung von Vertrauensbeziehungen auf Kooperationsebene als wichtige Voraussetzung für den Einsatz in realen Umgebungen. Als Beispiel für ein Vertrauensmanagementsystem wird der Einsatz von Reputationssystemen zur Bewertung der Verlässlichkeit eines mobilen Knotens diskutiert. Neben einem kurzen Abriss zum Stand der Forschung in diesem Gebiet werden dazu zwei Vorschläge für die Gestaltung eines solchen Systems für mobile Ad-hoc-Netze gemacht.The increasing deployment of mobile devices and accompanying services leads to new security challenges. Due to the changed premises caused by particular features of mobile systems, these obstacles cannot be solved solely by traditional security paradigms and mechanisms. Drawing on the example of wireless LANs, this thesis examines the development of security mechanisms for wireless ad hoc and infrastructural networks. It places special emphasis on the comprehensive protection of each single device as well as compensating missing infrastructural security means by cooperation. As a starting point this thesis analyses the characteristics of mobile environments to identify basic requirements for a security solution. Based on these requirements existing preventive, reactive and intrusion tolerant approaches are evaluated. This leads to the conception of a hybrid and universal framework to integrate arbitrary security mechanisms within cooperative formations. The resulting system design is then validated by a twofold prototype implementation. The first part consists of a distributed network intrusion detection system as an example for a security mechanism. After describing a methodology for applying anomaly- as well as misuse-based detection strategies to arbitrary network protocols, the feasibility of this approach is demonstrated for IEEE 802.11 infrastructural wireless LAN. The second part of the validation is represented by the prototype of a P2P-based cooperation middleware for collaborative intrusion detection by loosely coupled devices. Missing mechanisms for the improved mapping of overlay and physical network structures are compensated by subsequently considering the spatial position of a mobile node when choosing a cooperation partner. Furthermore, an additional interface to an external trust management system enables the establishment of trust relationships as a prerequisite for a deployment in real world scenarios. Reputation systems serve as an example of such a trust management system that can be used to estimate the reliability of a mobile node. After outlining the state of the art, two design patterns of a reputation system for mobile ad hoc networks are presented

Vernetzt-kooperative Planung mit Computern - Grundlagen und Methoden der Bauinformatik

In Anbetracht der leistungsstarken Computernetzwerke und der intensiven Globalisierung von Wissenschaft und Technik im Bauwesen ist es das Ziel der Bauinformatik, die Planungsprozesse des Konstruktiven Ingenieurbaus für die Nutzung verteilter Ressourcen zu gestalten, geeignete Kooperationsmodelle für die Fachplanung im Informationsverbund der Projektbeteiligten zu entwickeln und die kooperative Projektbearbeitung unter Nutzung verteilter Fachmodelle in Netzen zu ermöglichen. Dazu werden neue methodische Grundlagen geschaffen, welche die tiefgreifenden Veränderungen der Arbeits- und Organisationsstrukturen berücksichtigen. Vor diesem Hintergrund zeigt der Beitrag aktuelle Forschungsinhalte der Bauinformatik auf, die insbesondere im Rahmen des DFG-Schwerpunktprogramms 1103 'Vernetzt-kooperative Planungsprozesse im Konstruktiven Ingenieurbau' von verschiedenen Projekten arbeitsteilig entwickelt werden. Es wird ein integratives Prozessmodell vorgestellt, das die Grundlage für die Unterstützung der vernetzt-kooperativen Planung mit modernen Methoden der Informationsverarbeitung und Kommunikationstechnik zusammenführt. An einem Beispiel aus dem baulichen Brandschutz werden die methodischen Ansätze der Prozessmodellierung mit Petri-Netzen und der mobilen Softwareagenten zur Unterstützung der Kooperation in der Fachplanung des Bauwesens dargestellt und erläutert

Komplexitätsmanagement durch systemische Selbstskalierung

Skalierbarkeit und Skalierung von Mulitagentensystemen sind in der Informatik Probleme von entscheidender Bedeutung. Die bisherige Debatte ist vor allem durch die Unbestimmtheit dieser beiden zentralen Begriffe erschwert. Daher wird in dieser Arbeit der Versuch unternommen, Skalierung aus soziologischer Sicht begrifflichkategorial klar definieren und theoretisch stärker zu reflektieren. Die hier geleistete begriffliche und konzeptionelle Arbeit orientiert sich an Niklas Luhmanns Theorie sozialer System, der allgemeinen Komplexitätswissenschaft sowie an Ansätzen aus der Organisations- und Managementforschung. Skalierung wird als Operationalisierung von Komplexität verstanden. Durch die differenztheoretische Entfaltung des Skalierungsbegriffs wird ein heuristisches Instrumentarium gewonnen, das die Bezugspunkte des systemischen Komplexitätsmanagements deutlich benennt. Die hierbei eingenommene Perspektive auf MAS wird letztlich auf ein evolutionstheoretisches Fundament gestellt. Abschließend werden die Ergebnisse der Theoriearbeit in Form einiger Vorschläge zur Reorientierung der Skalierungsdebatte präsentiert.In computer science, scalability and actual scaling processes of multiagent systems are problems of much concern. So far, the debate has been inhibited by the indeterminacy of both of these central terms. From a sociological point of view, it is tried to define the notions of scalability and scaling process more clearly and to reflect them in a profound theoretical context. The terminological and conceptual framework, developed here, is guided by Niklas Luhmann’s theory of social systems, general complexity science, and some approaches from organization and management research. Scaling processes are understood as operationalizations of complexity. By decomposing the term “scaling” difference-theoretically, a heuristic tool is achieved that clearly denotes the points of reference of complexity management. The perspective on MAS is built on an evolution-theoretical fundament. Finally, the results of this theoretically oriented paper are presented as proposals for a re-framing of the debate on scalability

Modeling and Control of a Cooperative Road Traffic by means of Petri-Nets and Consensus-Algorithms

Die vorliegende Arbeit behandelt die Konzeption eines zukünftigen automatisierten Straßenverkehrs für Autobahnen auf Basis von fahrzeuglokalen Entscheidungsmechanismen und Fahrzeug-Fahrzeug-Kommunikation. Der derzeitige Straßenverkehr zeichnet sich durch unterschiedliches und deviantes Fahrzeug- bzw. Fahrerverhalten aus, dessen Konsequenz Phänomene wie Staus und Verkehrsunfälle sind. Die Homogenisierung des Fahrzeugverhaltens soll diese negativen Phänomene eliminieren und durch autonom fahrende Fahrzeuge, die untereinander kommunizieren können, realisiert werden. Hierzu ist der Entwurf einer fahrzeuglokalen homogenen Regelbasis erforderlich, die das spezifizierte Verkehrsverhalten realisiert. Zu diesem Zweck wird der Straßenverkehr als ein Objektsystem auf Basis von Petrinetzen mit zwei Ebenen modelliert. Die Straßennetzebene bildet das globale Verhalten einer Fahrzeuggruppe ab, während die Formationsnetzebene die Interaktionen zwischen den Fahrzeugen repräsentiert. Durch Kombination von Straßen- und Formationsnetzen werden verschiedene Verkehrssituationen generiert. Mit den jeweils assoziierten Formationsnetzen wird eine Erreichbarkeitsanalyse durchgeführt. In jedem Erreichbarkeitsgraphen werden anschließend Zielzustände identifiziert und ein Pfad zu diesen ermittelt, der ein definiertes Gütemaß minimiert und konsekutiven Interaktionen der Fahrzeuge entspricht. Mittels der Analyse fahrzeuglokaler Umgebungsparameter werden die jeweiligen Aktionen der Fahrzeuge zu einer fahrzeuglokalen Regelbasis kombiniert. Zur Koordination der beteiligten Fahrzeuge wird auf dieser Basis ein Kommunikationsprotokoll definiert, das um Konsens-Algorithmen ergänzt wird, welche die Stabilisierung der Formationen sicherstellen. Resultat sind eine Regelbasis und ein Kommunikationsprotokoll, die als verteiltes Regelungssystem ein Verkehrsverhalten erzeugen, das die Straßenkapazität bestmöglich ausnutzt und Unfälle inhärent vermeidet. Ein Rahmenwerk ermöglicht neben der Unterstützung beim Entwurf der Regelbasis auch eine fahrphysikalische Simulation von Fahrzeuggruppen auf begrenzten Fahrbahnabschnitten, sodass das hieraus resultierende Verkehrsverhalten erkennbar wird.This contribution presents a concept of a future automated road traffic for highways, based on vehicle-local decision-making and car2car communication. Present road traffic is characterized by varying and deviant vehicles' and drivers' behavior, that results in phenomena as traffic jams and accidents. A homogenization of the vehicles' behavior shall be a remedy against this, by means of autonomous driving and communicating vehicles. Main objective is the development of a vehicle-local homogenous rule-base realizing a specified traffic behavior. For this purpose road traffic is modeled as an object system by means of Petri Nets, consisting of a system net and an object net. The system net represents the road network, whereas an object net is a representation of a vehicle formation. This concept is used to model different traffic scenarios. For each associated formation net the reachability graph is calculated and analyzed regarding target states and their shortest paths minimizing the predefined cost function. The shortest paths are equivalent to consecutive vehicle interactions, which are furthermore mapped to vehicle-local environmental parameters to construct a well-defined rule-base. For the coordination between the vehicles an associated communication protocol is generated and combined with consensus-algorithms to ensure stability of the vehicle formations. Result is a rule-base realizing a distributed vehicle control which inherently avoids accidents while utilizing full road capacity. According to this, a framework offers, besides support at the rule-base generation, the simulation of the resulting collective behavior of a scalable vehicle formation in certain traffic scenarios with high physical insight