Las Aplicaciones Externas constituyen los programas y usuarios que hacen uso de SCODA solicitando los servicios que ofrece. El Protocolo de Comunicaciones es el encargado de atender las peticiones de las Aplicaciones Externas y solicitar una respuesta a las Comunidades Inteligentes Especializadas. El módulo de Control realiza un seguimiento de la coordinación y de las funcionalidades que la arquitectura provee atendiendo a una política de tolerancia a fallos en su funcionamiento. Las Comunidades Inteligentes Especializadas son el núcleo de SCODA, a través de las cuales se hacen efectivas las peticiones y respuestas de forma deliberada y optimizada. Los Servicios de la Comunidad se ejecutan de forma distribuida y es donde reside la capacidad de proceso de cada Comunidad Inteligente Especializada. Finalmente, la Plataforma de Agentes representa el entorno donde se ejecuta SCODA y está compuesta por los agentes que conforman la arquitectura y por la Comunidades Inteligentes Especializadas.

Los agentes que componen SCODA siguen el modelo deliberativo BDI y los servicios que ofrecen las Comunidades Inteligentes Especializadas son gestionados por este tipo de agentes. Concretamente uno de los agentes, el PlannerAgent, es el responsable de planificar que servicio es el óptimo y que parámetros son necesarios para que la solución demandada se ajuste a las necesidades del usuario o aplicación externa que realiza la petición. Otra característica aplicada a todos los agentes que componen SCODA, es que al ser agentes deliberativos BDI, éstos pueden hacer uso de mecanismos de razonamiento y técnicas de aprendizaje para realizar la gestión de funcionalidades y coordinación de las mismas, en función de las particularidades del contexto en que se ejecuten.

2.1. Aplicaciones Externas

Representan todos los programas que pueden utilizar las funcionalidades que provee el sistema multiagente implementados sobre SCODA. Estas aplicaciones son dinámicas y reaccionan de forma diferente de acuerdo a situaciones particulares como puede ser un gestor de agenda personal. Éstas pueden ser ejecutadas de forma local o remota, incluso desde dispositivos móviles con capacidad de proceso restringida, ya que las tareas que requieran una carga computacional alta, se realizarán de forma distribuida por los agentes que conforman SCODA a través de los servicios de las comunidades.

2.2. Protocolo de Comunicaciones

SCODA implementa un protocolo de comunicaciones basado en REST (REpresentational State Transfer) (Fielding, 2000; Griffin y Flanagan 2011), el cual permitea las aplicaciones externas comunicarse con los servicios ofrecidos por las Comunidades Inteligentes Especializadas a través de las mismas. El protocolo es completamente independiente de los lenguajes de programación utilizados, y está basado en peticiones sobre HTTP (HyperText Transfer Protocol) (RFC2616, 1999). Una petición HTTP (HTTPRequest) es enviada por las aplicaciones externas para especificar el servicio requerido, siguiendo el formato que se muestra a continuación:

Request = Simple-Request | Full-Request

Simple-Request = "GET" SP Request-URI CRLF

Full-Request = Request-Line

*( General-Header | Request-Header | Entity-Header )

CRLF

[ Entity-Body ]

En esta petición se informa de todos los parámetros necesarios para completar la tarea requerida. Todas las peticiones externas siguen las mismas pautas de comunicación y por lo tanto el mismo protocolo, mientras que las comunicaciones internas de la plataforma de agentes, siguen la especificación propia de la plataforma en la que se implemente SCODA. En el caso de JADEX se utiliza FIPA Agent Comunication Language (ACL) (FIPA, 2005). Finalmente la invocación de un servicio de una comunidad por parte de los agentes de la misma se realiza creando un nuevo hilo que se asocia a un socket, a través del cual se mantiene la comunicación abierta hasta que la tarea haya sido completada y el resultado se haya enviado a la Comunidad Inteligente Especializada que corresponde, o exista algún error en la ejecución de este servicio y por lo tanto también se informa del mismo. El formato de respuesta a la aplicación externa que solicita el servicio se realiza en forma de HTTPResponse como se muestra a continuación:

Response = Simple-Response | Full-Response

Simple-Response = [ Entity-Body ]

Full-Response = Status-Line

*(General-Header | Response-Header | Entity-Header )

CRLF

[ Entity-Body ]

Dentro del cuerpo de la HTTPResponse, y siguiendo la especificación REST se puede tener una representación de la respuesta en formato HTML, XML, etc (Muehlen et al., 2005).

2.3. Módulo de Control

SCODA implementa un mecanismo de control sobre los agentes integrantes de la misma, sobre los servicios, y sobre las comunicaciones realizadas. Así pues, a partir de este módulo, implementado por varios agentes, la arquitectura está preparada para asumir fallos en el funcionamiento de las aplicaciones y solventarlos de forma autónoma tomando las decisiones necesarias de forma deliberada, de forma que si alguno de los agentes activos en tiempo de ejecución tuviera un funcionamiento anómalo o dejara de funcionar, este módulo de control tiene la capacidad de reiniciarlos corrigiendo así su funcionamiento. También, en el caso de un mal funcionamiento de los servicios asociados a una Comunidad Inteligente Especializada, este módulo tiene la capacidad de buscar una réplica del servicio que pueda responder a una petición dada. Por otra parte, este módulo controla las comunicaciones realizadas entre las aplicaciones externas, los agentes integrantes de SCODA y los servicios asociados a las Comunidades Inteligentes Especializadas, de forma que si existiese algún tipo de comunicación anómala intenta su corrección reiniciando la misma, o en su caso reinicia todas las entidades implicadas en dicha comunicación.

2.4. Comunidades Inteligentes Especializadas (CIE)

Las Comunidades Inteligentes Especializadas son la esencia de SCODA. En ellas se encuentra la capacidad para distribuir y seleccionar el trabajo de forma inteligente a través de los agentes BDI que la componen. Constituidas por un agente controlador (ComunityController), y un equipo de trabajo formado por un agente planificador y otro ejecutor (PlannerAgent y ExecutorAgent), que son instanciados en tiempo de ejecución cuando son necesarios, y liberados al finalizar su trabajo. La propia arquitectura interna de la comunidad y la filosofía que se persigue en cuanto a la instanciación y liberación de agentes bajo demanda hace que SCODA sea una arquitectura distribuida en cuanto a sus servicios y eficiente en cuanto a la gestión de recursos internos de la plataforma que la ejecuta. Estas Comunidades Inteligentes Especializadas funcionan como sistemas autónomos, de forma que una implementación basa en SCODA puede estar compuesta por una o varias Comunidades Inteligentes Especializadas y hacer uso de los servicios que éstas proveen por separado, o utilizar varias Comunidades Inteligentes Especializadas y sus servicios de forma escalada y coordinada, y así tener la capacidad de resolver problemas mayores de forma colaborativa. A diferencia de otras organizaciones de agentes como las instituciones electrónicas (Arcos et al., 2005), las Comunidades Inteligentes Especializadas no constituyen un sistema multiagente abierto, sino pequeños sistemas multiagentes cerrados con capacidad de crecer de forma escalada y colaborativa en la consecución de objetivos más complejos, que de forma individual no puedan ser abordados, lo que implica una sencillez en el diseño de las mismas, ya que no es necesaria una fuerte normativa como en las instituciones electrónicas.

La especialización que estas entidades ofrecen de forma atómica es importante debido a que pueden ser reutilizadas en diversos desarrollos donde se requieran los servicios que provean.

2.5. Servicios de la Comunidad

Estos servicios representan las funcionalidades que ofrece la arquitectura. Los servicios de las comunidades son el grueso del procesamiento ofrecido por el sistema, los cuales son accedidos de forma ubicua y distribuida liberando a los agentes de SCODA de carga computacional y haciendo de la misma una arquitectura ligera. Los Servicios de la Comunidad se encuentran permanentemente activos para recibir peticiones de su Comunidad Inteligente Especializada correspondientes y están diseñados para su acceso de forma remota a través de sockets, debido a su facilidad de implementación y a su buen resultado en otros trabajos como son (Balaji et al. 2006; Douglas y Pai 2006; Sunwook et al. 2009), y están organizados por categorías en cuanto a su especialización, es decir los servicios relativos a una determinada funcionalidad están agrupados para su acceso por la comunidad especializada que ofrezca estos servicios, de esta forma se pretende buscar la eficiencia basada en la especialización, en forma de redes empresariales.

Los Servicios de la Comunidad, así como otro tipo de servicios distribuidos como los Servicios Web y los Servicios Orientados a Arquitecturas (Papazoglou et al. 2007) han de disponer de mecanismos de publicación y descubrimientos de servicios. También han de poseer un directorio actualizado de los mismos de forma que estén accesibles cuando se requieran (Leymann et al. 2002; Papazoglou et al. 2007), es por lo que SCODA posee un directorio de servicios flexible desde el cuál pueden ser invocados de forma dinámica a través de las Comunidades Inteligentes Especializadas que los proveen. Sin embargo, la inserción, modificación o eliminación de los Servicios de la Comunidad se realiza de forma manual por razones de seguridad (López et al. 2006).

3 Plataforma de Agentes en SCODA

Este módulo es el núcleo de SCODA. Integra los agentes BDI que conforman las Comunidades Inteligentes Especializadas, y los agentes especiales de control y de gestión de las comunicaciones, cada uno de ellos con características especiales y comportamientos determinados. Estos agentes, a través de la inteligencia que poseen, actúan como administradores del sistema, de forma que sustentan el control de las comunicaciones, y administran el comportamiento del sistema.

A continuación se describen los diferentes agentes que integran la arquitectura SCODA y sus funcionalidades:

CommunicatorAgent: Este agente se responsabiliza de las comunicaciones externas con la plataforma. Recibe las peticiones de usuarios, aplicaciones o agentes externos y las transmite a las Comunidades Inteligentes Especializadas para su procesamiento, para ello mantiene un directorio de las Comunidades Inteligentes Especializadas y los servicios que estas ofrecen. También es el responsable de proporcionar las respuestas hacia el exterior. Este agente está constantemente en escucha a través de un Server socket. Se recibe una petición vía HTTP y es éste agente el que busca la comunidad adecuada y envía la petición a través del protocolo de comunicación interna de la plataforma. El hilo queda a la espera de obtener una respuesta para comunicarla al la entidad que realiza la petición. Paralelamente también se envía la respuesta al QualityAgent, el cual realiza las operaciones necesarias para mantener una estadística de funcionamiento, y en su caso, solucionar los problemas que se hayan podido plantear como la caída en el sistema de alguno de los agentes responsables de comunidad o incluso del propio CommunicatorAgent. Este agente se pertenece al Módulo de Control comunicándose con el QualityAgent para dar información a cerca de las comunicaciones realizadas en ambos sentidos, revisando así los mensajes recibidos, y además tiene la capacidad de inicializar al QualityAgent si se detecta un funcionamiento defectuoso del o inactividad en el mismo.

QualityAgent: Se responsabiliza del control del funcionamiento de los demás agentes, así como de las funciones que realizan. Se encuentra en constante comunicación con el ComunicatorAgent y con cada uno de los ComunityControllers. Tiene la capacidad de inicializar a los demás agentes que conforman SCODA, actuando sobre ellos en caso de un funcionamiento incorrecto. También realiza estadísticas de funcionamiento de las operaciones que se realizan, lo que implica que todos los movimientos operacionales son remitidos a éste agente en tiempo de ejecución.

CommunityControllerAgent: Este agente controla las Comunidades Inteligentes Especializadas. Una vez sido seleccionado por el CommunicatorAgent para resolver una petición externa, este agente crea un “Equipo de Trabajo” compuesto por un PlannerAgent y un ExecutorAgent, los cuáles son los responsables de ejecutar en sí mima la petición. Este agente tiene la capacidad de crear y destruir al equipo de trabajo en tiempo de ejecución de forma que creará tantas instancias de los mismos como peticiones existan, y las irá eliminado una vez hayan finalizado su cometido, o cuando detecta un funcionamiento anómalo por parte de cualquiera de los agentes integrantes del “Equipo de Trabajo”. Este agente también pertenece al Módulo de Control, y se comunica con el QualityAgent para dar información a cerca de los servicios prestados y su resolución de forma que se pueda mantener un histórico de estadísticas de funcionamiento del sistema, y además tiene la capacidad de inicializar al QualityAgent si se detecta un funcionamiento anómalo o inactividad por parte de este agente.

PlannerAgent: Es uno de los componentes del “Equipo de Trabajo”, el cual es el responsable directo de la selección y ejecución del servicio adecuado que responda a una petición externa. Este agente es creado en tiempo de ejecución por el CommunityController cuando se ha de invocar un Servicio de la Comunidad y recibe la petición del propio ComunityController de su comunidad. Tiene la capacidad de seleccionar el servicio concreto de los que provee la comunidad y sus parámetros de forma que se optimice la ejecución del servicio, que posteriormente son comunicados al ExecutorAgent, el cual es el responsable de su invocación.

Se mantiene a la espera de un resultado por parte del ExecutorAgent lo cual confirma que el servicio requerido ha sido invocado y por lo tanto ha terminado el cometido del “Equipo de Trabajo”. Este agente tiene la capacidad de razonamiento que permite detectar el estado de los servicios en cada momento, para así seleccionar un servicio que no esté en ejecución y dotar de mayor agilidad a la Comunidad Inteligente Especializada.

ExecutorAgent: Este agente es el encargado de invocar al servicio pertinente para la resolución de una petición externa. La invocación se realiza a través de sockets, de forma que los servicios de cada Comunidad Inteligente Especializada pueden estar distribuidos de forma remota y por lo tanto la carga computacional repercute en la máquina donde se alberguen los servicios en sí. El ExecutorAgent se mantiene a la espera de una respuesta, y una vez recibida, la comunica de forma ascendente para advertir que su trabajo ya ha acabado.

4. Conclusiones

La filosofía seguida por SCODA permite implementar sistemas multiagente de una forma modular y escalada, dotando a los desarrolladores de la posibilidad de reutilizar las Comunidades Inteligentes Especializadas que la integran en diversos sistemas sin necesidad de volver a programar sus funcionalidades.

SCODA cuenta con una potente estructura de control, a partir de la cual se proporciona una completa capacidad en la gestión y recuperación de errores dentro del sistema y los servicios asociados al mismo, manteniendo en todo momento una estadística de funcionamiento, que permite adoptar decisiones y medidas en caso de un funcionamiento defectuoso del sistema y de los servicios asociados al mismo.

Otra de las ventajas que proporciona SCODA es que, junto a la metodología REST que adopta, permite la comunicación de forma estándar desde cualquier dispositivo y aplicación independientemente del lenguaje de programación en la que esté desarrollada, o sistema operativo sobre la que se ejecute.

Para comprobar la validez del modelo teórico propuesto se ha llevado a cabo el desarrollo de un sistema multiagente, bajo el marco de SCODA, aplicado a la gestión logística de productos alimentarios. Este desarrollo se ha realizado en un entorno real empresarial, dedicado a la distribución de productos congelados. La metodología de trabajo de la empresa engloba tareas de gestión de inventarios, predicción de la demanda de productos y gestión de las rutas comerciales, lo cual hace idónea la filosofía modular que sigue SCODA permitiendo desplegar una Comunidad Inteligente Especializada por cada una de las tareas mencionadas.

Los resultados obtenidos, en cuanto al desarrollo del sistema, han permitido comprobar el correcto funcionamiento de las CIE que lo integran, tanto de forma individual, como de forma colaborativa, dando validez al modelo teórico propuesto. Sin embargo, en el caso de la tarea de predicción de la demanda de productos, los servicios desarrollados para mejorar los procesos seguidos por la empresa no han sido satisfactorios completamente, por lo que es necesario depurarlos con el fin de que el rendimiento del sistema alcance un mayor grado de optimización.

El desarrollo de este sistema se engloba dentro del trabajo de tesis doctoral “Comunidades Inteligentes para la Construcción y Gestión de Arquitecturas Optimizadas de Sistemas Multiagente”, que se está llevando a cabo por el autor principal. Una vez comprobada la validez del modelo teórico, se pretende llevar a cabo la creación de un repositorio de CIE de forma que se amplíe el campo de aplicación de SCODA en cuando al desarrollo de sistemas multiagente se refiere, lo que permitirá comprobar y optimizar el funcionamiento de SCODA en otro tipo de problemas. El desarrollo de estas CIE pretende ser abierto a la comunidad científica, de forma que se permita la aportación y recopilación de estas Comunidades Inteligentes Especializadas para su utilización.

Referencias bibliográficas