一种基于XML的多Agent消息通讯方法技术领域
一种基于XML的多Agent消息通讯方法主要涉及计算机通讯方面领域。
背景技术
基于多Agent分布式系统是以网络技术为基础，将分布在不同地理位置上的Agent集成在一个时间和空间相一致的环境中，通过它们之间的通讯与互操作，实现知识与信息共享，从而完成复杂任务的求解。多Agent分布式系统广泛应用在如电子商务、机器人控制、生产计划与调度等不同领域中。目前，关于多Agent分布式系统的研究，主要集中在支持协作的通讯方式上，并提出了许多协作通讯模型。如基于黑/白板结构和基于消息的通讯模型。在基于黑板结构的多Agent通讯模型中，黑板提供公共工作区，Agent可以交换信息、数据和知识。但当Agent结点数目增多时，黑板中的数据量会呈指数增长，导致系统的通讯效率降低。在基于消息的通讯模型中，Agent间通过使用统一的消息传送协议，克服了黑板系统的缺陷，提高了系统的通讯能力。但是，在消息的通讯模型中，如何进行Agent间消息的传送和同步，保证通讯的可靠性与有效性，即在通信的情况下保证消息以最小的通讯时间可靠提交；如何保证消息不受协议响应结构的限制，提高系统通讯的灵活性仍然是研究的一个难点。
主要以消息传输的方式实现多Agent分布式系统的通讯，通过采用消息的XML格式封装和解析实现消息的传送。封装后的消息由于可以绑定更多的信息，支持对其的扩展，因此克服了协议响应结构对消息的限制，提高了消息传送的灵活性。同时为了保持Agent之间消息传送的时空一致性，在消息传输过程中采用了基于消息优先级的传输同步控制算法，保证了消息可靠有效传输。最后给出了系统仿真的实现框架，并在Win2000系统上应用Java语言得以实现验证。
发明内容
通过国家专利检索没有发现关于此系统方面的申请资料。
在多Agent分布式系统中，为了实现Agent之间的通讯，要求每一个Agent知道其它Agent的名称、通信地址、通讯端口、协作能力等等。因此，在每个仿真Agent中设计一个通讯Agent模块。该模块负责所有与通讯有关的动作，同时该模块也是Agent间进行通讯的一个接口。每个通讯模块包含信息表、消息缓存池和一个通讯服务管理器三部分。信息表用来记录Agent中的一些基本特性。信息表主要包括以下两部分：（1）静态信息表：存储Agent自身的静态信息，如Agent标识、本身的性能、IP地址等；（2）动态信息表：主要存储通讯状态下的其它Agent信息。在每个Agent启动与其他Agent通讯时，会将各种通讯状态信息登记到动态信息表中，并在退出时删除这些信息，以保持动态信息表的实时更新；消息缓存池：Agent用来存储发送和接收到的消息；通讯服务管理器：主要负责消息的XML格式封装和解析、消息同步传输控制。避免由于同步问题造成的因果错误。
将信息表、消息缓存池、通讯服务管理器和其他各部分分别定义成Java类的形式；把发送的消息封装成XML格式文档，然后进行传输。在底层采用TCP/IP通讯协议和socket通讯技术实现多仿真Agent结点的通讯。具体的操作方法是:
1.基于XML的消息封装和解析：1）在消息传输中，消息的语义内容是Agent通讯的核心部分。主要应用FIPA-ACL消息结构[5]。通过使用FIPA-ACL消息，每个Agent可以向其他Agent发送请求或请求服务。FIPAACL消息结构是一种基于原语的消息结构，由外到内分为3个层次：envelope、content、message。envelope：描述消息传输的各种附加信息，如发送者、接受者等；content：描述消息传输的具体内容；message：描述消息传输的各种参数，如消息使用的编码格式，传输的协议等。
每次消息只有在固有的原语范围内进行消息请求与服务（如接受（accept）、请求（request）等），扩展性较差。因此，为了克服协议响应结构对消息传送的限制。本文将这种消息结构封装成XML格式。XML格式的优点在于可以自定义诸多XML标记元素，并且XML元素可以绑定更多的信息，支持对其扩展。同时，传送时易于实现数据的压缩传输，提高了传输效率，即节约网络流量，减少通讯时间。如在message.dtd中扩展了优先级的属性。
基于XML的消息结构（message.dtd）如下：
<!ELEMENTacl-message（msg-type，msg-param）
<!ELEMENTmsg-type（agree|request|refuse|accept-proposal|cancel）>
<!ELEMENTagree（#PCDATA）>
……
<!ELEMENTmsg-param（#PCDATA）>
<!ATTLISTmsg-paramsenderCDATA#REQUIRED
receiverCDATA#REQUIRED
contentCDATA#REQUIRED
in-reply-toCDATA#REQUIRED
languageCDATA#REQUIRED
priorityCDATA#REQUIRED
>
例如：AgentA请求（request）AgentB去推动一个箱子。
传递消息结构（move.xml）如下：
<?xmlversion="1.0"?>
<!DOCTYPEacl-messageSYSTEM"message.dtd">
<acl-message>
<msg-type>request</msg-type>
<msg-paramsender="A"
receive="B"
content="action（agent-identifier：nameB）（deliverbox（loc12）"
language="fipa-sl"
protocol="fipa-request"
reply-with="order567"
priority="5">
</msg-param>
</acl-message>。
2）XML文档的解析
接收端为了识别具体的请求消息内容，需要对XML文档进行解析。解析的目的就是要从XML文档中读取用户所需要的数据。应用DOM解析器[6]实现对XML文档的解析。文档解析后，首先判断属于哪种类型的消息，然后根据消息激活相应的
动作。解析步骤如下：
（1）在javax.xml.parsers.DocumentBuilderFactory类中，调用newInstance（）方法，生成一个DocumentBuilderFactory对象。
DocumentBuilderFactoryfactory=DocumentBuilderFactory.newInstance（）；
（2）应用factory调用newDocumentBuilder（）方法生成DocumentBuilder
对象。
javax.xml.parsers.DocumentBuilderbuild=factory.newDocument－
Builder（）；
（3）build对象调用publicDocumentparse（Filef）方法解析f指定的XML文档，并通过Element类型对象来分析具有子孙关系节点的数据。
Org.w3c.dom.Documentdom=build.parse（newFile（move.xml））；
Elementroot=dom.getDocumentElement（）；
（4）最后，解析出来的数据调用getElementByTagName（String）方法，识别各个标记节点内容。另外，对于含有属性的节点要做特殊的处理，让该节点对象调用NamedNodeMapgetAttributes（）方法来解析属性内容。
NodeListnodelist=root.getElementByTagName（“acl-message”）；
NamedNodeMapnnm=nodelist.item（i）.getAttributes（）；//第i个结
点属性。
2.通讯服务管理器:1)仿真Agent间实现相互通讯就要处理Agent通讯过程中的各种事务。在每个通讯模块中设置一个通讯服务管理器。通讯服务管理器作为消息通讯的枢纽，在系统中起着核心作用。通讯服务管理主要包括XML文档转换与解析、Agent系统管理、Agent域名管理和消息传输过程管理。XML文档转换与解析：完成消息的XML格式封装和XML文件的解析；Agent域名管理：解析和查询其他Agent的名称、通讯地址和通讯端口等信息；Agent系统管理：负责仿真Agent内部其他模块间的协同操作；消息传输过程管理：主要完成通讯中服务监听与线程管理和消息发送与接收的传输控制，如消息传输同步控制；为其它Agent分配线程等。
通过定义如下的类与方法来实现通讯服务管理器的功能。服务监听与线程管理是由run方法进行处理。方法doComm－Manage用于完成消息传输的同步控制管理。消息的XML格式封装和解析分别由CreateXml类中的doConverXml方法和parseXml方法实现。
通讯服务管理类定义为：
ClassCommServerimplementsRunnable，IEventHandler
{CreateXmlcrxml=newCreateXml（）；
publicvoidsetup（）{//启动服务监听}
pulicvoiddoCommManage（Stringmessage）{}
publicvoidrun（）{//服务监听与线程管理}
publicvoidsent（）
{ZipOutputStreamout=newZipOutputStream（socket.getOutputStream（））；
out.putNextEntry（newZipEntry（“message1.xml”））；
out.write（）；//将数据压缩后写入输出流；
}
publicStringreceive（）{}
publicvoidaction（）{
synchronized（this）{}
//消息处理过程}
}。
2).鉴于多Agent仿真环境分布式的特点，为保证仿真Agent结点间通讯在时间和空间上的一致，本文给出了基于消息优先级的传输控制算法。首先让封装好的消息XML文件根据优先级高低进入传输任务就绪队列。优先级是根据传输任务紧急程度来确定的。
系统总是允许优先级最高的任务开始执行。当一个优先级更高的任务到达时，允许将当前传输任务暂时挂起，而令高优先级任务立即投入运行。采用这种方式能满足最紧急的消息优先传输。若所有的进程都具有相同的优先级初值，则最先进入先执行。在具体实现时对高优先级任务采用同步代码块策略来控制，从而保证消息传送在时间和空间上的一致。在传送时，为了保证通讯的有效性，以最小的通讯时间来决定何时采用本地通讯，何时采用远程通讯。