Entwicklung eines Multiagentensystems auf Basis des Frameworks Jade zur Lösung komplexer Schedulingprobleme

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 Grundlagen

2.1 Definition Agent

2.2 Arten von Softwareagenten nach Russel und Norvig

2.3 Eigenschaften einer Agentenumgebung

2.4 Multiagentensystem

2.5 Emergenz im Multiagentensystem

2.6 Rollenmodell

2.7 Referenzmodell für Agentenplattformen

2.8 Betrachtung agentenbasierter Systeme und aktueller Einsatzgebiete

2.8.1 Electronic Commerce

2.8.2 Information Retrieval

2.8.3 Weitere Einsatzgebiete

2.9 Schedulingproblem

3 Konzeption eines Multiagentensystems

3.1 Anforderungen

3.2 Agentenrollen

3.2.1 Server Agent

3.2.2 Task Contractor Agent

3.2.3 Controller Agent

3.2.4 Collector Agent

3.2.5 Splitter Agent

3.2.6 Answer Agent

3.2.7 Jabber Agent

3.2.8 Client Agent

3.2.9 Load Balance Agent

3.2.10 Worker Agent

3.3 Architektur

3.4 Kommunikation der Agenten

3.4.1 Nachrichtenpaket

3.4.2 Scheduling Task Paket

3.4.3 Control Task Paket

3.5 Lastverteilung

3.6 Ausfallsicherheit und Fehlertoleranz

3.7 Funktionsweise des Systems

3.8 Skalierbarkeit

3.9 Betrachtung des entstandenen Systems

4 Implementierung

4.1 Java Agent Development Framework

4.1.1 Verhaltensmuster von Agenten

4.1.2 Interaktion zwischen Agenten

4.1.3 Gruppenunterstützungsmodell

4.1.4 Informationssicherheit

4.1.5 Ausfallsicherheit

4.2 Scheduling Framework

4.2.1 Näherungsverfahren der Simulation

4.2.2 Funktionsweise des Frameworks

4.2.3 Algorithmen und Zielkriterien

4.3 Implementierung von Lagoon

4.3.1 Start des Systems

4.3.2 Agentenrollen

4.3.3 Nachrichtenpakete und Kommunikation der Agenten

4.4 Grafische Benutzeroberfläche

5 Schedulingalgorithmen

5.1 Einteilung der Algorithmen

5.2 Sequenzierungsalgorithmen

5.2.1 Random Down Swing

5.2.2 Random Walk Recipe Variation

5.2.3 Simplex Methode

5.2.4 Partikel Schwarm Optimierung

5.3 Partitionierungsalgorithmus

5.3.1 Central Complex

5.3.2 Weitere Optimierungsalgorithmen

6 Simulation und Ergebnisse

6.1 Testfälle und Simulationsumgebung

6.2 Simulation 1: Parallele Maschinen

6.3 Simulation 2: Simplex Methode

6.4 Simulation 3: Lateness

6.5 Simulationsergebnis

7 Zusammenfassung und Ausblick

A Grundlagen

A.1 Agentenarchitekturen

A.2 Kommunikationsparameter

B Konzeption eines Multiagentensystems

B.1 Beispielstruktur eines Systems mit Lagoon

B.2 Sequenzdiagramm des Beispiels für die Funktionsweise

C Implementierung

C.1 Weitere Frameworks für Agentensysteme

C.2 Klassenhierarchie der Behaviours

C.3 Kommunikationsaktivitäten

D Simplex Methode am Beispiel

E Simulation

E.1 Betriebsumgebungen

E.2 Testfälle

E.3 Simulation: Simplex Methode

Zielsetzung und thematische Schwerpunkte

Ziel dieser Arbeit ist die Konzeption und Implementierung eines flexiblen, plattformunabhängigen Multiagentensystems (MAS) zur effizienten Lösung komplexer, reihenfolgeabhängiger Schedulingprobleme, wie sie beispielsweise in der Halbleiterfertigung bei Cluster Tools auftreten.

• Entwicklung einer agentenbasierten Softwarearchitektur auf Basis des JADE-Frameworks.
• Implementierung dezentraler Lastausgleichs- und Koordinationsmechanismen mittels Rollenmodell.
• Integration verschiedener heuristischer und deterministischer Optimierungsalgorithmen zur Scheduling-Optimierung.
• Evaluierung des Systems durch Simulation verschiedener Testfälle und Vergleich der Algorithmus-Leistung.
• Schaffung einer skalierbaren und ausfallsicheren Umgebung für verteiltes Rechnen.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Diese Einleitung führt in die Agententechnologie und Multiagentensysteme ein und definiert das Ziel der Arbeit, ein System zur Lösung komplexer Schedulingprobleme zu entwickeln.

2 Grundlagen: Das Kapitel behandelt theoretische Grundlagen zu Agenten, Multiagentensystemen, Emergenz, Rollenmodellen sowie Schedulingproblemen in der Halbleiterfertigung.

3 Konzeption eines Multiagentensystems: Hier wird das Konzept des MAS "Lagoon" vorgestellt, inklusive der Anforderungsanalyse, der verschiedenen Agentenrollen, Architektur und Lastverteilungsstrategien.

4 Implementierung: Dieses Kapitel beschreibt die technische Umsetzung des Systems in Java unter Verwendung des JADE-Frameworks und des Scheduling Frameworks Sage.

5 Schedulingalgorithmen: Es werden verschiedene Optimierungsalgorithmen, darunter Random Down Swing, Simplex Methode und Partikel Schwarm Optimierung, zur Lösung der Schedulingprobleme erläutert.

6 Simulation und Ergebnisse: Dieses Kapitel vergleicht die Leistung der entwickelten Algorithmen anhand verschiedener Simulationstests und analysiert deren Effizienz und Skalierbarkeit.

7 Zusammenfassung und Ausblick: Die Arbeit schließt mit einer Rekapitulation der Ergebnisse sowie einem Ausblick auf zukünftige Erweiterungsmöglichkeiten und Forschungsfelder ab.

Schlüsselwörter

Multiagentensystem, MAS, JADE, Scheduling, Schedulingproblem, Agenten, Rollenmodell, Halbleiterfertigung, Optimierungsalgorithmen, Lastverteilung, verteilte Systeme, Simulation, Cluster Tool, Künstliche Intelligenz, Grid Computing.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Es geht um die Entwicklung eines universell einsetzbaren Multiagentensystems (MAS), das spezifisch für die Lösung komplexer, reihenfolgeabhängiger Schedulingprobleme konzipiert wurde.

Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?

Zentrale Themen sind die agentenorientierte Softwareentwicklung, die Modellierung von Multiagentensystemen nach dem Rollenmodell sowie die Optimierung von Ablaufplänen in der Halbleiterindustrie.

Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?

Das Ziel ist die Konzeption und Implementierung einer plattformunabhängigen, flexiblen Softwarearchitektur, welche die Bearbeitung von Scheduling-Aufgaben durch die Kooperation autonomer Agenten effizient und skalierbar gestaltet.

Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?

Die Arbeit nutzt Methoden der verteilten künstlichen Intelligenz, diverse Heuristiken und Optimierungsalgorithmen (wie Simplex oder PSO) sowie Simulationen zur Evaluierung der Systemleistung.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Im Hauptteil werden das Konzept des "Lagoon"-Systems, die Implementierung unter Nutzung des JADE-Frameworks sowie die detaillierte Analyse und Vergleich verschiedener Scheduling-Algorithmen beschrieben.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind Multiagentensystem, Scheduling, JADE, Agentenrollen, Rollenmodell, Lastverteilung, Optimierung und Cluster Tools.

Was ist der Vorteil des Rollenmodells in diesem Kontext?

Das Rollenmodell bietet eine hohe Flexibilität und Allgemeingültigkeit, da keine zentrale Steuereinheit erforderlich ist und Aufgaben dynamisch an Agenten mit passenden Fähigkeiten vergeben werden können.

Wie unterscheidet sich das Push-Verfahren vom Pull-Verfahren bei der Lastverteilung?

Beim Pull-Verfahren suchen unterlastete Agenten aktiv nach Aufträgen, während beim Push-Verfahren überlastete Agenten aktiv nach Partnern suchen, um überschüssige Aufgaben abzugeben, was den Nachrichtendienst entlastet.