A formalization for multi-agent decision support in cooperative environments. A framework for situated agents

La tesis propone un marco de trabajo para el soporte de la toma de decisiones adecuado para soportar la ejecución distribuida de acciones cooperativas en entornos multi-agente dinámicos y complejos. Soporte para la toma de decisiones es un proceso que intenta mejorar la ejecución de la toma de decisiones en escenarios cooperativos. Este proceso ocurre continuamente en la vida diaria. Los humanos, por ejemplo, deben tomar decisiones acerca de que ropa usar, que comida comer, etc. En este sentido, un agente es definido como cualquier cosa que está situada en un entorno y que actúa, basado en su observación, su interpretación y su conocimiento acerca de su situación en tal entorno para lograr una acción en particular.Por lo tanto, para tomar decisiones, los agentes deben considerar el conocimiento que les permita ser consientes en que acciones pueden o no ejecutar. Aquí, tal proceso toma en cuenta tres parámetros de información con la intención de personificar a un agente en un entorno típicamente físico. Así, el mencionado conjunto de información es conocido como ejes de decisión, los cuales deben ser tomados por los agentes para decidir si pueden ejecutar correctamente una tarea propuesta por otro agente o humano. Los agentes, por lo tanto, pueden hacer mejores decisiones considerando y representando apropiadamente tal información. Los ejes de decisión, principalmente basados en: las condiciones ambientales, el conocimiento físico y el valor de confianza del agente, provee a los sistemas multi-agente un confiable razonamiento para alcanzar un factible y exitoso rendimiento cooperativo.Actualmente, muchos investigadores tienden a generar nuevos avances en la tecnología agente para incrementar la inteligencia, autonomía, comunicación y auto-adaptación en escenarios agentes típicamente abierto y distribuidos. En este sentido, esta investigación intenta contribuir en el desarrollo de un nuevo método que impacte tanto en las decisiones individuales como colectivas de los sistemas multi-agente. Por lo tanto, el marco de trabajo propuesto ha sido utilizado para implementar las acciones concretas involucradas en el campo de pruebas del fútbol robótico. Este campo emula los juegos de fútbol real, donde los agentes deben coordinarse, interactuar y cooperar entre ellos para solucionar tareas complejas dentro de un escenario dinámicamente cambiante y competitivo, tanto para manejar el diseño de los requerimientos involucrados en las tareas como para demostrar su efectividad en trabajos colectivos. Es así que los resultados obtenidos tanto en el simulador como en el campo real de experimentación, muestran que el marco de trabajo para el soporte de decisiones propuesto para agentes situados es capaz de mejorar la interacción y la comunicación, reflejando en un adecuad y confiable trabajo en equipo dentro de entornos impredecibles, dinámicos y competitivos. Además, los experimentos y resultados también muestran que la información seleccionada para generar los ejes de decisión para situar a los agentes, es útil cuando tales agentes deben ejecutar una acción o hacer un compromiso en cada momento con la intención de cumplir exitosamente un objetivo colectivo. Finalmente, algunas conclusiones enfatizando las ventajas y utilidades del trabajo propuesto en la mejora del rendimiento colectivo de los sistemas multi-agente en situaciones tales como tareas coordinadas y asignación de tareas son presentadas.

Dynamic task allocation and coordination in cooperative multi-agent environments

La coordinació i assignació de tasques en entorns distribuïts ha estat un punt important de la recerca en els últims anys i aquests temes són el cor dels sistemes multi-agent. Els agents en aquests sistemes necessiten cooperar i considerar els altres agents en les seves accions i decisions. A més a més, els agents han de coordinar-se ells mateixos per complir tasques complexes que necessiten més d'un agent per ser complerta. Aquestes tasques poden ser tan complexes que els agents poden no saber la ubicació de les tasques o el temps que resta abans de que les tasques quedin obsoletes. Els agents poden necessitar utilitzar la comunicació amb l'objectiu de conèixer la tasca en l'entorn, en cas contrari, poden perdre molt de temps per trobar la tasca dins de l'escenari. De forma similar, el procés de presa de decisions distribuït pot ser encara més complexa si l'entorn és dinàmic, amb incertesa i en temps real. En aquesta dissertació, considerem entorns amb sistemes multi-agent amb restriccions i cooperatius (dinàmics, amb incertesa i en temps real). En aquest sentit es proposen dues aproximacions que permeten la coordinació dels agents. La primera és un mecanisme semi-centralitzat basat en tècniques de subhastes combinatòries i la idea principal es minimitzar el cost de les tasques assignades des de l'agent central cap als equips d'agents. Aquest algoritme té en compte les preferències dels agents sobre les tasques. Aquestes preferències estan incloses en el bid enviat per l'agent. La segona és un aproximació d'scheduling totalment descentralitzat. Això permet als agents assignar les seves tasques tenint en compte les preferències temporals sobre les tasques dels agents. En aquest cas, el rendiment del sistema no només depèn de la maximització o del criteri d'optimització, sinó que també depèn de la capacitat dels agents per adaptar les seves assignacions eficientment. Addicionalment, en un entorn dinàmic, els errors d'execució poden succeir a qualsevol pla degut a la incertesa i error de accions individuals. A més, una part indispensable d'un sistema de planificació és la capacitat de re-planificar. Aquesta dissertació també proveeix una aproximació amb re-planificació amb l'objectiu de permetre als agent re-coordinar els seus plans quan els problemes en l'entorn no permeti la execució del pla. Totes aquestes aproximacions s'han portat a terme per permetre als agents assignar i coordinar de forma eficient totes les tasques complexes en un entorn multi-agent cooperatiu, dinàmic i amb incertesa. Totes aquestes aproximacions han demostrat la seva eficiència en experiments duts a terme en l'entorn de simulació RoboCup Rescue.

A customizable multi-agent system for distributed data mining

We present a general Multi-Agent System framework for distributed data mining based on a Peer-to-Peer model. Agent protocols are implemented through message-based asynchronous communication. The framework adopts a dynamic load balancing policy that is particularly suitable for irregular search algorithms. A modular design allows a separation of the general-purpose system protocols and software components from the specific data mining algorithm. The experimental evaluation has been carried out on a parallel frequent subgraph mining algorithm, which has shown good scalability performances.

Landscape of intelligent cores: An autonomic multi-agent approach for space application

Space applications are challenged by the reliability of parallel computing systems (FPGAs) employed in space crafts due to Single-Event Upsets. The work reported in this paper aims to achieve self-managing systems which are reliable for space applications by applying autonomic computing constructs to parallel computing systems. A novel technique, 'Swarm-Array Computing' inspired by swarm robotics, and built on the foundations of autonomic and parallel computing is proposed as a path to achieve autonomy. The constitution of swarm-array computing comprising for constituents, namely the computing system, the problem / task, the swarm and the landscape is considered. Three approaches that bind these constituents together are proposed. The feasibility of one among the three proposed approaches is validated on the SeSAm multi-agent simulator and landscapes representing the computing space and problem are generated using the MATLAB.

A multi-agent architect for CSCW systems: from organisational semiotics perspective

This paper describes a multi-agent architecture to support CSCW systems modelling. Since CSCW involves different organizations, it can be seen as a social model. From this point of view, we investigate the possibility of modelling CSCW by agent technology, and then based on organizational semiotics method a multi-agent architecture is proposed via using EDA agent model. We explain the components of this multi-agent architecture and design process. It is argued that this approach provides a new perspective for modelling CSCW systems.

Intelligent agents for fault tolerance: from multi-agent simulation to cluster-based implementation

Recent research in multi-agent systems incorporate fault tolerance concepts, but does not explore the extension and implementation of such ideas for large scale parallel computing systems. The work reported in this paper investigates a swarm array computing approach, namely 'Intelligent Agents'. A task to be executed on a parallel computing system is decomposed to sub-tasks and mapped onto agents that traverse an abstracted hardware layer. The agents intercommunicate across processors to share information during the event of a predicted core/processor failure and for successfully completing the task. The feasibility of the approach is validated by simulations on an FPGA using a multi-agent simulator, and implementation of a parallel reduction algorithm on a computer cluster using the Message Passing Interface.

Multi-microprocessor control of processes with pure time delay

In 1967 a novel scheme was proposed for controlling processes with large pure time delay (Fellgett et al, 1967) and some of the constituent parts of the scheme were investigated (Swann, 1970; Atkinson et al, 1973). At that time the available computational facilities were inadequate for the scheme to be implemented practically, but with the advent of modern microcomputers the scheme becomes feasible. This paper describes recent work (Mitchell, 1987) in implementing the scheme in a new multi-microprocessor configuration and shows the improved performance it provides compared with conventional three-term controllers.

A normative approach to multi-agent systems for intelligent buildings

Building Management Systems (BMS) are widely adopted in modern buildings around the world in order to provide high-quality building services, and reduce the running cost of the building. However, most BMS are functionality-oriented and do not consider user personalization. The aim of this research is to capture and represent building management rules using organizational semiotics methods. We implement Semantic Analysis, which determines semantic units in building management and their relationship patterns of behaviour, and Norm Analysis, which extracts and specifies the norms that establish how and when these management actions occur. Finally, we propose a multi-agent framework for norm based building management. This framework contributes to the design domain of intelligent building management system by defining a set of behaviour patterns, and the norms that govern the real-time behaviour in a building.

A multi-agent system for pervasive healthcare

Wireless technology based pervasive healthcare has been proposed in many applications such as disease management and accident prevention for cost saving and promoting citizen’s wellbeing. However, the emphasis so far is on the artefacts with limited attentions to guiding the development of an effective and efficient solution for pervasive healthcare. Therefore, this paper aims to propose a framework of multi-agent systems design for pervasive healthcare by adopting the concept of pervasive informatics and using the methods of organisational semiotics. The proposed multi-agent system for pervasive healthcare utilises sensory information to support healthcare professionals for providing appropriate care. The key contributions contain theoretical aspect and practical aspect. In theory, this paper articulates the information interactions between the pervasive healthcare environment and stakeholders by using the methods of organisational semiotics; in practice, the proposed framework improves the healthcare quality by providing appropriate medical attentions when and as needed. In this paper, both systems and functional architecture of the multi-agent system are elaborated with the use of wireless technologies such as RFID and wireless sensor networks. The future study will focus on the implementation of the proposed framework.

Multi-agent based modeling and simulation of complex system in hospital

This study puts forward a method to model and simulate the complex system of hospital on the basis of multi-agent technology. The formation of the agents of hospitals with intelligent and coordinative characteristics was designed, the message object was defined, and the model operating mechanism of autonomous activities and coordination mechanism was also designed. In addition, the Ontology library and Norm library etc. were introduced using semiotic method and theory, to enlarge the method of system modelling. Swarm was used to develop the multi-agent based simulation system, which is favorable for making guidelines for hospital's improving it's organization and management, optimizing the working procedure, improving the quality of medical care as well as reducing medical charge costs.