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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-49743
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2011/4974/


Von Multiagentensystemen zu Multiorganisationssystemen - Modellierung auf Basis von Petrinetzen

Wester-Ebbinghaus, Matthias

pdf-Format:
 Dokument 1.pdf (10.685 KB) 


SWD-Schlagwörter: Agent <Informatik> , Petri-Netz , Modellierung , Softwarearchitektur , Organisationstheorie
Freie Schlagwörter (Deutsch): Referenznetz , organisationsorientiertes Multiagentensystem , Multiorganisationssystem , ULS-System , System von Systemen
Freie Schlagwörter (Englisch): reference net , organization-oriented multi-agent system , multi-organization system , ULS system, system of systems
Basisklassifikation: 54.10 , 54.52 , 54.30
Institut: Informatik
DDC-Sachgruppe: Informatik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Moldt, Daniel (Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.12.2010
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 20.01.2011
Kurzfassung auf Deutsch: In der aktuellen Forschung ergeht die Forderung nach grundsätzlichen konzeptionellen Modellen
für die Beherrschbarkeit großangelegter Softwaresysteme mit dem Charakter als Systeme
von Systemen, die durch operationale und administrative Unabhängigkeit/Eigenständigkeit
der Teilsysteme gekennzeichnet sind.
In der vorliegenden Arbeit wird die Auffassung vertreten, der Einbezug von Konzepten und
Mechanismen aus dem Bereich sozialer Organisationen für die Gestaltung von Softwaresystemen
sei zu diesem Zweck besonders gut geeignet. Diese Idee hat sich insbesondere im Bereich
der Multiagentensysteme bereits auf breiter Basis durchgesetzt. Allerdings wird das Konzept
der Organisation hier vor allem als Kontext für die Handlungen individueller Agenten und
mithin als oberer Systemabschluss verwendet. Ein besonderes Merkmal sozialer Organisationen
ist hingegen ihr Wesen als kollektive Akteure. Dieses Merkmal ermöglicht die Betrachtung
von großangelegten sozialen Organisationssystemen unter Bezugnahme auf multiple Ebenen
des organisierten Handelns. Um das Potential der Organisationsmetapher für die Softwareentwicklung
umfassender ausnutzen zu können, wird in der vorliegenden Arbeit daher einWechsel
der konzeptionellen Herangehensweise von der Agentenorientierung zur Organisationsorientierung
vorgeschlagen. In organisationsorientierten Softwaresystemen steht die Organisation als
Softwareentität im Mittelpunkt und weist die beiden Merkmale als Kontext und als Akteur in
Kombination auf.
Ein wichtiger Teil der Arbeit ist einer ausführlichen Motivation von organisationsorientierten
Softwaresystemen gewidmet. Damit einher geht die sorgfältige Identifizierung der Kernkonzepte
und -mechanismen aus dem Bereich sozialer Organisationen, die dafür als konzeptionelle
Grundlage dienen sollen. Besonders wichtig ist dabei der janusgesichtige Charakter von Organisationen
(oder allgemeiner: von organisierten Kollektivitäten) in sozialen Organisationssystemen.
Die Arbeit geht nicht mit dem Anspruch einher, eine allgemeingültige und verbindliche
Definition von, beziehungsweise Perspektive auf organisationsorientierte Softwaresysteme einzunehmen.
Stattdessen ist der Hauptteil der Arbeit der Präsentation einer konkreten Form
von organisationsorientierten Softwaresystemen gewidmet. Es handelt sich dabei um Multiorganisationssysteme,
die als konzeptionelle Erweiterung von (bereits organisationsorientierten)
Multiagentensystemen eingeführt werden. Als neuartige Entität wird die Organisationseinheit
eingeführt. Dabei handelt es sich genau um die geforderte janusgesichtige Entität, die sowohl
organisatorischer Kontext als auch organisatorischer Akteur ist. Organisationseinheiten als
Basisbausteine führen zu einer inhärent rekursiven Struktur von Multiorganisationssystemen.
Für Organisationseinheiten und Multiorganisationssysteme werden verschiedene Modellierungstechniken
vorgestellt, universelle Grundmodelle erarbeitet und schließlich eine Referenzarchitektur
für Multiorganisationssysteme abgeleitet. Als Grundlage der Modellierung dient
der höhere Petrinetzformalismus der Referenznetze. Referenznetze kombinieren die für Petrinetze
übliche anschauliche Darstellung der Verzahnung von Netzstrukturen und nebenläufigem
Systemverhalten (Markenspiel) mit dem höheren Konzept der Netze in Netzen. Auf diese
Weise werden Synchronisationsmechanismen über Systemebenen hinweg und dynamische Rekonfigurierbarkeit
von Systemstrukturen als erstrangige Modellkonzepte angeboten. Die verschiedenen
vorgestellten Modellierungstechniken erlauben eine systematische Modulation der
bevorzugten Modellabstraktion und erlauben auf diese Weise die Erstellung von abstrakten
„Denkmodellen“ bis hin zu technischen und direkt ausführbaren „Programmiermodellen“.
Kurzfassung auf Englisch: Current research efforts lead to the request for conceptual models for the controllability of largescale
software systems that are systems of systems, where a system of systems is characterized
by the operational and managerial independence of its component systems.
For this purpose, it is proposed in this work to draw upon concepts and mechanisms from
the field of social organizations in order to incorporate them into the arrangement of software
systems. This idea has already taken hold in the field of multi-agent systems on a broad basis.
But the concept of an organization is mainly understood and utilized as a context for the
actions of individual agents and an agent organization is consequently typically seen as an
upper system closure. However, one special attribute of social organizations is their nature
as collective actors. This attribute allows to conceive large-scale social organized systems as
incorporating multiple analysis levels of organized behaviour. In order to exploit the potential
of the organizational metaphor for software engineering more comprehensively, a change in
the conceptual approach from agent-orientation to organization-orientation is proposed in
this work. In organization-oriented software systems, the central software entity is that of an
organization that exhibits the attributes as a context and as an actor in combination.
An important contribution of this work is dedicated to the presentation of an elaborated
motivation for organization-oriented software systems. This is complemented by a thorough
identification of core concepts and mechanisms from the field of social organizations that shall
serve as a conceptual basis. Most central is the Janus-faced character of organizations (or
more generally, of organized collectivities) in social organized systems.
It is not intended in this work to provide the one and only definition for organizationoriented
software systems or to present a mandatory perspective. Instead, the main part of
the work is dedicated to present a particular form of organization-oriented software systems
as a representative. This particular form is called multi-organization systems and they are
introduced as a conceptual extension of (organization-oriented) multi-agent systems. Organizational
units are introduced as novel entities. They are exactly the required Janus-faced
entities that are organizational contexts as well as organizational actors. Organizational units
as basic building blocks of multi-organization systems lead to an inherently recursive overall
system structure.
Various modelling techniques for organizational units and multi-organization systems are
presented, standard models of organizational units are developed and a reference architecture
for multi-organization systems is inferred. The high-level Petri net formalism of reference nets
constitutes the foundation for all the modelling efforts in this work. Reference nets allow to
combine the descriptive illustration of the interleaving of net structure and concurrent net behaviour
that is common for Petri nets with the high-level concept of nets-within-nets. In this
way, synchronization mechanisms across multiple system levels and dynamic reconfiguration
of system structures are introduced as first-order modelling concepts. The various modelling
techniques presented in this work allow for a systematic modulation of the preferred abstraction
level for models and thus allow for the creation of abstract „thinking models“ all the way
to technical and directly executable „programming models“.

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