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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-60273
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2013/6027/


Strukturierung petrinetzbasierter Multiagentenanwendungen am Beispiel verteilter Softwareentwicklungsprozesse

Markwardt, Kolja

pdf-Format:
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SWD-Schlagwörter: Mehragentensystem , Agent <Informatik> , Softwareproduktionsumgebung , Petri-Netz , Verteiltes System
Freie Schlagwörter (Deutsch): Verteilte Softwareentwicklung
Freie Schlagwörter (Englisch): distributed software development
Basisklassifikation: 54.52 , 54.39
Institut: Informatik
DDC-Sachgruppe: Informatik
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Moldt, Daniel (Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 04.09.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 24.01.2013
Kurzfassung auf Deutsch: Die Entwicklung komplexer, verteilter Anwendungen in heterogenen Umgebungen ist eine zentrale Herausforderung der Informatik. Für die Modellierung und Implementierung nebenläufiger, verteilter Anwendungen bieten Petrinetze eine gute Kombination aus intuitiver Darstellung und klarer Semantik. Um die Beherrschbarkeit von Netzmodellen für große Systeme zu gewährleisten, ist eine geeignete Strukturierung der Modelle erforderlich.
Dafür hat sich die agentenorientierte Softwareentwicklung als erfolgreiches Paradigma erwiesen. Multiagentensysteme bieten die Möglichkeit, individuell handelnde Akteure zu modellieren, die in einem verteilten System interagieren. Beim Entwurf agentenorientierter Software ist die Frage zu beantworten, aus welchen Arten von Agenten eine Anwendung besteht und wie diese miteinander in Beziehung stehen.
Als Beitrag zur Softwareentwicklung mit Petrinetzen werden daher in dieser Arbeit Strukturierungsmöglichkeiten für petrinetzbasierte Multiagentenanwendungen untersucht. Struktur und Prozess werden als orthogonale Dimensionen des Systementwurfs betrachtet und mit der agentenorientierten Softwareentwicklung verbunden.
Für die Strukturdimension wird in dieser Arbeit das HeRA-System (HElper and Resource Agents) entworfen, das eine Modellierung der Gegenstände und Funktionen des Anwendungsbereichs ermöglicht. HeRA erlaubt die Definition von Hilfsmitteln und Ressourcen, mit denen die Arbeitsplätze von Benutzern des Systems flexibel konfiguriert werden können. Durch die Aufteilung in untereinander verbundene Agentenplattformen wird die Struktur des Gesamtsystems definiert. Die Prozessinfrastruktur für Agentenanwendungen (Pia) unterstützt die prozessorientierte Sichtweise. Mit diesem agentenorientierten Workflow Management System können die Abläufe in Multiagentensystemen modelliert und ihre Ausführung gesteuert werden. Damit wird es möglich, die Abläufe in einer Organisation und zwischen verschiedenen, miteinander interagierenden Organisationen zu formalisieren und zu unterstützen. In dieser Arbeit werden gezielt Erweiterungen an Pia vorgenommen, um eine Verbindung mit dem HeRA-System zu erreichen.
Mit dem Potato-System (Process-Oriented Tool Agents for Team Organization) werden die beiden Strukturierungsdimensionen zu einem neuen System verbunden. Dieses konzeptionelle Framework bietet die Möglichkeit, sowohl eine gegenstandsorientierte, als auch eine prozessorientierte Sichtweise für die Entwicklung von Multiagentenanwendungen in einem gemeinsamen System zu vereinen.
In dieser Arbeit wird als motivierendes Beispiel die Unterstützung verteilter Softwareentwicklung betrachtet. Potato bietet Ansätze für den Entwurf einer Entwicklungsumgebung zur Unterstützung geographisch verteilter Akteure bei der Softwareentwicklung. Die Anforderungen an eine solche verteilte Entwicklungsumgebung werden aufgestellt. Das Potato-System und seine Bestandteile werden mit Hilfe des Paose-Ansatzes (Petrinetz-, Agenten- und Objektorientierte Software-Entwicklung) entworfen. Durch Prototypen wird die Anwendbarkeit für die Softwareentwicklung gezeigt.
Kurzfassung auf Englisch: The development of complex, distributed applications in heterogenous environments is an important challenge of computer science. Petri nets offer a good combination of intuitive modeling and clear semantics for the modeling and implementation of distributed, concurrent applications. To manage net models for large-scale systems however, it is important to find a suitable structuring of the models involved. Agent-oriented software engineering has been proven to be a successful paradigm of software engineering in this context. Multiagent systems allow the modeling of autonomous actors interacting in a larger system context.
For the design of agent-oriented applications a central question is the choice of agent types and their interaction patterns. Within the field of Petri net-based software engineering, further means of structuring multiagent applications are examined in this work. The two orthogonal dimensions of structure and process are considered for system design in general and agent-oriented software engineering in particular.
The structural dimension is addressed in this work with the HeRA-System (HElper and Resource Agents), which models functions and resources of the application domain as agents. HeRA allows the definition of helper and resource agents that populate the workspace of a user and enable him to flexibly assemble the functionality he needs. Using interconnected agent platforms in a distributed multiagent system serves to define the system structure as a whole.
Pia (Process Infrastructure for Agents) supports the process-oriented view. Processes in multiagent systems can be modelled and controlled in this agent-oriented workflow management system, in order to formalize and support the execution of processes within organizations as well as between different, cooperating organizations. In this work additional extensions to Pia are implemented in order to facilitate an integration with the HeRA-system.
Both these structural dimensions are combined within the Potato-system (Process-Oriented Tool Agents for Team Organization). As a conceptional framework Potato offers an integrated approach to designing multiagent applications using an artifact-based approach together with a process-oriented one.
The motivation and example used in this work is an application for the support of distributed software development. Potato offers concepts for the design of an integrated development environment to support the collaborative work of geographically distributed actors. Requirements for such a distributed development environment are developed and an agent-oriented design for its implementation is created using the Paose (Petri net and Agent-Oriented Software Engineering) approach. The applicability is shown through a set of prototypes.

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