EXTENDING THE FRAMEWORK TAO WITH NORMS FOR MULTI-AGENT SYSTEMS Emmanuel S. S. Freire – UECE – Mariela I. Cortés – UECE – Enyo J. T. Gonçalves – UFC – Yrleyjânder S. Lopes – UECE– MACC – Mestrado Acadêmico em Ciência da Computação UECE – Universidade Estadual do Ceará GESSI – Grupo de Engenharia de Software e Sistemas Inteligentes WESAAC– Workshop-Escola de Sistemas de Agentes, seus Ambientes e Aplicações 2012 – Florianópolis

Agenda 2  Introdução  Objetivo  TAO  Normas para Sistemas Multi-Agente  Trabalhos Relacionados  Estendendo TAO  Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)  Conclusões e Trabalhos Futuros  Referências Bibliográficas

Introdução 3  Projeto de Sistemas Complexos – Necessidade de entendimento dos conceitos relacionados. – Elaboração de solução coerente.  Agentes e Sistemas Multiagentes – Um agente é uma entidade capaz de perceber seu ambiente por meio de sensores e de agir sobre esse ambiente por intermédio de atuadores. – No caso de vários agentes cooperando ou disputando entre si, inseridos em um mesmo ambiente e trocando informações, chamamos esse sistema de multiagentes (SMAs).

Introdução 4  Normas para SMAs  Regulam o comportamento dos agentes por meio da descrição de ações que:  Podem ser executadas (permissões),  Devem ser executadas (obrigações).  Não devem ser executadas (proibições).

Objetivo 5  Pesquisa por frameworks conceituais e modelos organizacionais capazes de representar os elementos típicos de um SMA juntamente com normas.  Extensão do framework TAO para a inclusão dos conceitos relacionados com normas.  Modelagem de um estudo de caso utilizando os elementos e relacionamentos incluídos na extensão proposta.

TAO 6  O framework TAO (Taming Agents and Objects) tem como principal função oferecer uma ontologia que englobe os fundamentos da Engenharia de Software baseada em agentes e objetos.  Oferece suporte ao desenvolvimento de sistemas multi- agentes (SMAs) de larga escala.  A partir da ontologia definida no TAO, foi definida a linguagem MAS-ML que é capaz de oferecer suporte ao desenvolvimento de sistemas multi-agentes (SMAs) de larga escala.

TAO 7  Relacionamentos e Entidades definidas no TAO Figura 1 - Os relacionamentos e as entidades do TAO.

Normas para Sistemas Multi-agente 8  As normas são utilizadas para restringir o comportamento de agentes, organizações e suborganizações durante um período de tempo, e definir as sanções aplicadas quando violadas ou cumpridas.  Uma norma é composta pelos seguintes elementos:  Conceitos Deônticos,  Entidades Envolvidas,  Ações,  Restrições de Ativação,  Sanções, e  Contexto.

Trabalhos Relacionados 9  Framework Conceitual d’Inverno e Luck  Apresenta uma hierarquia composta por quatro camadas compreendendo entidades, objetos, agentes e agentes autônomos.  Pontos Fracos  A entidade ambiente possui apenas características estruturais, não apresentando operações;  O framework conceitual não define nenhum aspecto dinâmico associado às entidades propostas;  Não provê elementos para definir corretamente normas.

Trabalhos Relacionados 10  Framework Conceitual Yu e Schmid  Baseado em papéis e orientado a agentes.  Definem as propriedades e relacionamentos dos papéis.  Pontos Fracos  Apesar de os agentes serem definidos como uma entidade que exerce papéis, o framework não define as propriedades de agentes e os relacionamentos entre agentes e papéis.  Não define as propriedades de organização e seu relacionamento com papéis.  Não define ambientes.  Não permite a descrição dos elementos que compõem as normas e só restringem o comportamento dos agentes através de papéis.

Trabalhos Relacionados 11  KAoS  Define suas abstrações como extensões de objetos.  As abstrações definidas são entidade, relacionamentos e agentes.  Pontos Fracos  Não considera ambientes, organizações nem papéis.  Não está bem clara a diferença entre entidade e agente.  Não define aspectos dinâmicos relacionados com suas abstrações.  Só permite a descrição de políticas para restringir o acesso as propriedades das suas abstrações.

Trabalhos Relacionados 12  Moise +  É um modelo organizacional baseado no modelo Moise.  Apresenta uma visão baseada em organização que possui planos, papéis e restrições.  Pontos Fracos  Não permite a especificação de ambientes.  Não permite a definição das propriedades de agentes.  Não permite a especificação de normas para agentes e ambientes.  Não permite a definição de sanções.

Trabalhos Relacionados 13  OperA  É um modelo organizacional que permite a especificação de MAS por meio da distinção entre as características de um modelo organizacional e o comportamento dos agentes nesse modelo.  OperA permite a definição de normas de obrigação, permissão e proibição para agentes, grupos de agentes e papéis de agentes no contexto de uma organização.  Pontos Fracos  Não permite a especificação das características estruturais de agentes e ambientes.  Não permite a definição de recompensas, somente punições.  Não restringi o comportamento de agentes no contexto de um ambiente.

Estendendo TAO 14  A extensão do TAO é baseada na inclusão dos elementos que compõem as normas.  Portanto, foi definido a entidade Norm juntamente com os relacionamentos Context, Restrict, SanctionReward e SanctionPunishment.

Estendendo TAO 15 Figura 2 – TAO estendido.

Estendendo TAO 16  Norm  A norma é um elemento que restringi o comportamento de agentes, papéis de agente, organizações e sub-organizações. Uma norma restringi o comportamento dessas entidades durante um período de tempo e aplica sanções quando violadas ou cumpridas.  Uma norma possui um estado e propriedades comportamentais.  O estado de uma norma armazena o recurso que pode ser uma entidade ou uma propriedade de uma entidade.  O comportamento se baseia nos conceitos deônticos e nas restrições de ativação.

Estendendo TAO 17 _______________________Norm________________________ Norm_Class Norm_Class_Name Restriction_Type Deontic_Concept_Name Resource Activation_Constraint setOf{Constraint_Type Constraint _Type_Name : ( and/or ) or or }Relationships setOf {Relationship_Name} End Norm_Class______________________________________

Estendendo TAO 18  Relacionamentos  Context  Define o contexto de aplicação da norma. Um contexto pode ser um ambiente, uma organização ou uma sub-organização.  Restrict  Define qual entidade terá o seu comportamento restringido pela norma. As entidades que podem ser restringidas são: agente, ambiente, organização, sub-organização e papel de agente.  SanctionReward  Define a recompensa que a entidade que cumpriu a norma receberá.  SanctionPunishment  Define a punição que a entidade que violou a norma receberá.

Estendendo TAO 19 _________________Relationship________________ Relationship Relationship_Name CONTEXT : context, norm | RESTRICT : element, norm | SANCTION_REWARD : reward, norm | SANCTION_PUNISHMENT : punishment, norm End Relationship______________________________

Estendendo TAO 20  Alterações no Papel de Agente _________________Agent_Role_________________ Agent_Role_Class Agent_Role_Class_Name Goals setOf{Goal_Name} Beliefs setOf{Belief_Name} Actions setOf{Action_Name} Protocols setOf{Interaction_Class_Name}U setOf{Rule_Name} Commitments setOf{Action_Name} Relationships setOf{Relationship_Name} End Agent_Role_Class_________________________

Estendendo TAO 21  Alterações na Organização ____________________Organization____________________ Organization_Class Organization_Class_Name Norms setOf{Norm_Name} Actions setOf{Action_Name} Relationships setOf{Relationship_Name} end Organization_Class_______________________________

Estendendo TAO 22  Alterações no Ambiente ___________________Environment_____________________ Environment_Class Environment_Class_Name Norms setOf{Norm_Name} Behavior setOf{Properties} Relationships setOf{Relationship_Name} Events generated: setOf{Event_Name}, perceived: setOf{Event_Name} end Environment_Class________________________________

Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace) 23  Mercados virtuais são mercados localizados na Web em que os usuários compram e vendem itens.  Cada um é composto por um mercado principal em que os usuários podem negociar qualquer tipo de item. Além disso, o mercado principal define dois tipos:  Mercados de produtos especiais: negociam itens caros e de alta qualidade, e  Mercados de produtos usados: negociam itens de baixa qualidade e preço baixo.  Os usuários podem:  Comprar itens no mercado principal, em mercados de produtos especiais e em mercados de produtos usados, e  Vender seus itens nos mercados de produtos usados.

24  No mercado principal e nos mercados de produtos especiais, os usuários compram os itens disponíveis no mercado.  O mercado principal avalia os lucros, portanto, os mercados de produtos especiais e usados devem enviar as informações relativas às vendas para o mercado principal.  No mercado principal e nos mercados de produtos especiais, os usuários procuram um vendedor e enviam uma descrição do item desejado.  O vendedor, criado pelo mercado para negociar com o comprador, é responsável por verificar se há um item com as mesmas características no ambiente (o mercado virtual). Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)

25  O ambiente armazena todos os itens que serão vendidos nesses mercados.  Se o item for encontrado, o vendedor negociará com o comprador.  Nos mercados de produtos usados, os vendedores e os compradores são os usuários.  Os usuários que desejam vender itens devem anunciá-los.  Os usuários que desejam comprar devem procurar anúncios no mercado.  Se o comprador encontrar o item desejado, ele começará uma negociação com o vendedor. Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)

26 Entidades do Mercado Virtual (Virtual Marketplace)  Ambiente: Virtual Marketplace  Organização principal: General Store  Papéis de Agente: Buyer, Manager e Seller.  Papéis de Objeto: Desire e Offer.  Suborganizações:  Imported Bookstore, que exerce o papel Market of Special Goods  Second-hand Bookstore, que exerce o papel Market of Used Goods.  Agentes:  User agent, que pode exercer o papel Buyer,  Store agent, que pode exercer os papéis Manager e Seller.  Objetos:  Item e suas especializações: Book, SecondHandBook e ImportedBook. Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)

27 Normas para o Mercado Virtual  N1 estabelece que os vendedores (entidade envolvida) da organização General Store (contexto) têm permissão (conceito deôntico) para atualizar (ação) o estoque de itens (recurso). _________________________N1_________________________ Norm_Class N1 Restriction_Type Permission Resource Good.updateQuantity Relationships setOf{Context_VirtualMarketPlace_N1, Restrict_Seller_N1} End Norm_Class______________________________________ Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)

28 Normas para o Mercado Virtual (Continuação)  N2 define que os compradores (entidade envolvida) da organização General Store (contexto) são obrigados (conceito deôntico) a pagar pelos itens (ação) depois que eles comprarem esses itens (restrição de ativação). A norma N2 aplica uma punição (sanção) que é a norma N3.  N3 define que o dado comprador (entidade envolvida) é proibido (conceito deôntico) de comprar itens (ação). Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)

29 Normas para o Mercado Virtual (Continuação) __________________________________N2_________________________________ Norm_Class N2 Restriction_Type Obligation Resource Buyer.payGood Activation_Constraint {after : Buyer.buyGood} Relationships setOf{Context_GeneralStore_N2, Restrict_ Buyer _N2, Sanction_N3_N2} End Norm_Class_______________________________________________________ _______________________________N3____________________________________ Norm_Class N3 Restriction_Type Prohibition Resource Buyer.buyGood Relationships setOf{Context_GeneralStore_N3, Restrict_ Buyer _N3} End Norm_Class_______________________________________________________ Estudo de Caso: Mercado Virtual (Virtual Marketplace)

30  Considerando o limitado suporte fornecido por TAO para a representação de normas juntamente com as entidades típicas que fazem parte de um SMA, este artigo apresenta a extensão do TAO de forma a possibilitar a representação dos conceitos relacionados a normas, juntamente com conceitos deônticos, entidades envolvidas, ações, restrições de ativação, sanções e contexto.  A extensão realizada envolve a definição de uma nova abstração, Norm, e quatro relacionamentos: (i) Context, (ii) Restrict, (iii) SanctionReward, (iv) SanctionPunishment.  Adicionalmente, as entidades AgentRole, Environment e Organization foram alteradas devido à extensão. Conclusão e Trabalhos Futuros

31  Como trabalhos futuros, serão abordados os seguintes itens:  A formalização dos templates propostos;  A integração das arquiteturas internas definidas em Russel e Norvig (2004) com os elementos normativos;  A nova extensão do TAO considerando as arquiteturas. Conclusão e Trabalhos Futuros

32  Dieste, O., Juristo, N., Moreno, A., Pazos, J. (2001). Conceptual Modeling in Software Engineering and Knowledge Engineering: Concepts, Techniques and Trends. In: Chang, S.K. (eds.): Handbook of Software Engineering and Knowledge Engineering Fundamentals. World Scientific Publishing Co., Vol.1.  Silva, V.; Garcia, A.; Brandao, A.; Chavez, C.; Lucena, C.; Alencar, P. (2003). Taming Agents and Objects in Software Engineering. In: Garcia, A.; Lucena, C.; Zamboneli, F.; Omicini, A; Castro, J. (Eds.), Software Engineering for Large-Scale Multi-Agent Systems, Springer-Verlag, LNCS 2603, pp. 1-26, 2003, ISBN  Silva, V.; Choren R.; Lucena, C. (2008). MAS-ML: A Multi-Agent System Modelling Language, In International Journal of Agent-Oriented Software Engineering, Interscience Publishers, vol.2, no.4.  Gonçalves, E. J. T., Farias, K., Cortés, M. I., Feijó, A. R., Oliveira, F. R. and Silva, V. T. (2011). MAS-ML TOOL - A Modeling Environment for Multi- agent Systems, In: The International Conference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2011), Beijing, China. Referências Bibliográficas

33  Figueiredo, K.; Silva, V. T. (2010). NormML: A Modeling Language to Model Norms. In: 1st Workshop on Autonomous Software Systems. Salvador, Brazil.  López y López, F. (2003). Social Power and Norms: Impact on agent behavior. PhD thesis, Univ. of Southampton, Faculty of Engineering and Applied Science, Department of Electronics and Computer Science.  Omicini, A. (2001). SODA: Societies and Infrastructure in the Analysis and Design of Agent-based Systems. In: Ciancarini, P., Wooldridge, M. (eds.), Agent-Oriented Software Engineering, Springer-Verlag,:  Silva, V. T.; Braga, C.; Figueiredo K. (2010). A Modeling Language to Model Norms. The International Joint Conference on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems (AAMAS'2010), 9th. Proceedings of the International Conference on Autonomous Agents and Multi-Agent Systems, Toronto, Canadá.  Figueiredo, K. (2011). Modeling and Validation Norms in Multi-Agents Systems”. Master Thesis. Niterói: UFF, Instituto de Computação. Referências Bibliográficas

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35  Hübner, J. F., Sichman, J. S. and Olivier, B. (2002). A model for the structural, functional and deontic specification of organizations in multiagent systems. In: SBIA '02 Proceedings of the 16th Brazilian Symposium on Artificial Intelligence: Advances in Artificial Intelligence, Springer-Verlag London, UK.  Dignum, V. ( 2004). A model for organizational interaction: based on agents, founded in logic. PhD dissertation, Universiteit Utrecht, SIKS dissertation series  Silva, V. T. (2004). Uma linguagem de modelagem para sistemas multi- agentes baseada em um framework conceitual para agentes e objetos, Doctoral Thesis. Rio de Janeiro: PUC, Departamento de Informática.  Russell, S. and Norvig, P. (2003). Artificial Intelligence: A Modern Approach, 2nd Ed., Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, ISBN Referências Bibliográficas

EXTENDING THE FRAMEWORK TAO WITH NORMS FOR MULTI-AGENT SYSTEMS Emmanuel S. S. Freire – UECE – Mariela I. Cortés – UECE – Enyo J. T. Gonçalves – UFC – Yrleyjânder S. Lopes – UECE– MACC – Mestrado Acadêmico em Ciência da Computação UECE – Universidade Estadual do Ceará GESSI – Grupo de Engenharia de Software e Sistemas Inteligentes WESAAC– Workshop-Escola de Sistemas de Agentes, seus Ambientes e Aplicações 2012 – Florianópolis

37  Obrigado!