SPADE 3 — это программная платформа (middleware) для мультиагентных систем, представляющая собой эволюцию традиционных платформ за счёт интеграции современных технологий распределённых вычислений, мгновенного обмена сообщениями, асинхронных и открытых систем. Новая версия SPADE была полностью переработана: её код написан с нуля, чтобы устранить ограничения предыдущих версий и реализовать новые функциональные возможности.
Архитектура и модель агента
В основе SPADE лежит современная и гибкая модель агента, схожая с той, что применяется в таких платформах, как JADE. Каждый агент регистрируется в системе с уникальным идентификатором формата «имя-сервер» и паролем. После регистрации агент может запускать одно или несколько независимых «поведений» — задач, реализующих действия агента. Поддерживаются пять типов поведения: циклическое (Cyclic), однократное (One-Shot), периодическое (Periodic), с тайм-аутом (Time-Out) и в виде конечного автомата (FSM). Все сообщения проходят через специальный модуль – диспетчер сообщений, который перенаправляет входящие сообщения нужному поведению агента и отправляет исходящие — в систему обмена сообщениями SPADE.
XMPP — основа коммуникации
Ключевым элементом SPADE является использование протокола XMPP (Extensible Messaging and Presence Protocol), открытого стандарта для обмена сообщениями и уведомлений о присутствии. Этот протокол основан на XML и поддерживает обмен сообщениями между агентами, артефактами и пользователями, а также позволяет узнавать статус контактов в реальном времени (в сети, не в сети, занят и пр.). Благодаря расширяемости XMPP (через XEP — расширения протокола), он используется в таких приложениях, как WhatsApp, Google Talk, Facebook Messenger и iMessage.
Гибкость и масштабируемость
Одним из значимых преимуществ SPADE является возможность использования XMPP-серверов в трёх вариантах:
1. Развёртывание собственного XMPP-сервера — автономное решение, позволяющее агентам взаимодействовать с внешними сущностями.
2. Использование общедоступных публичных XMPP-серверов — простая конфигурация без необходимости администрирования сервера.
3. Развёртывание частного XMPP-сервера без межсерверного взаимодействия — для закрытых систем.
Такая архитектура позволяет гибко адаптироваться к требованиям приложения: от масштабных распределённых систем до небольших изолированных решений. Кроме того, децентрализация обеспечивает устойчивость к отказам, распределение нагрузки и независимость агентов от физического местоположения. Это означает, что агенты могут свободно перемещаться между компьютерами без смены идентификатора — аналогично электронной почте.
Механизм уведомлений о присутствии
SPADE эффективно использует механизм присутствия XMPP. Агенты могут управлять своим статусом (в сети, готов к работе, выполняет задачу и т.д.) и автоматически информировать контакты об изменениях. Этот механизм можно применять не только для отображения статуса подключения, но и для синхронизации выполнения задач. Например, один агент может ждать, пока остальные агенты из группы не перейдут в состояние «готов», и только после этого начать общую задачу.
Агенты могут управлять списком контактов: запрашивать подписку, подтверждать или отклонять запросы, или использовать автоматическое принятие. Это делает систему удобной как для сложных сценариев с ручным управлением контактами, так и для автоматизированных взаимодействий.
Сообщество и развитие
Проект SPADE существует уже более десяти лет. С выходом SPADE 3 интерес к нему возрос. Согласно данным PyPI, только в июне 2020 года его загрузили 369 раз, а за первую половину 2020 года — более 1600 раз из как минимум девяти стран. SPADE используется для реализации множества приложений, включая такие проекты, как SimFleet, pygomas и spade\_bdi (модуль, добавляющий поддержку BDI-модели поведения).
SPADE 3 сочетает в себе мощную архитектуру, гибкую модель агентов и использование открытых стандартов, таких как XMPP, что делает его идеальной платформой для разработки современных мультиагентных систем. Его особенности — масштабируемость, независимость от физической инфраструктуры и простота интеграции — позволяют решать широкий круг задач в области распределённых интеллектуальных систем.
Современный и ориентированный на коммуникацию язык
SPADE использует язык программирования Python, что делает его особенно удобным для разработки мультиагентных систем (MAS). Python популярен в сфере искусственного интеллекта, обладает низким порогом вхождения и поддерживается активным сообществом с большим количеством готовых библиотек, особенно в области ИИ.
Кроме того, SPADE использует асинхронное программирование через библиотеку AsyncIO, что позволяет агентам эффективно обрабатывать множество операций ввода-вывода без блокировки. Это особенно важно для MAS, где агенты много обмениваются сообщениями и переключаются между вычислениями и коммуникацией. Такой подход повышает производительность и масштабируемость систем по сравнению с классическими платформами MAS.
Безопасная среда
Безопасность — ключевой аспект современных мультиагентных систем, особенно в открытых и распределённых средах. SPADE обеспечивает безопасность благодаря протоколу XMPP, который поддерживает:
Шифрование и сертификаты в передаче данных клиент-сервер и сервер-сервер (с помощью TLS);
Стандарты шифрования сообщений, включая:
OMEMO (XEP-0384)
OpenPGP (XEP-0373 и XEP-0374)
Агенты в SPADE должны проходить аутентификацию (логин и пароль), но при необходимости система может быть настроена на анонимные входы и отключение шифрования — например, в доверенных или изолированных средах.
Расширяемый протокол
СПADE унаследовал от XMPP естественную расширяемость, что критически важно для будущих MAS, чьи требования трудно предсказать заранее.
XMPP поддерживает механизм расширений XEP (XMPP Extension Proposals), которые можно предлагать, реализовывать и внедрять без кардинального изменения всей архитектуры.
Уже доступны полезные расширения, такие как:
Многосторонние чаты
Передача файлов
HTTP-шлюзы
Модель общения FIPA (можно внедрить с помощью дополнительной XML-разметки в XMPP-сообщениях)
SPADE может использовать как официальные XEP, так и пользовательские расширения, что обеспечивает гибкость и адаптивность платформы.
Вовлечение человека в контур (Human-in-the-loop)
Благодаря использованию XMPP, агенты SPADE могут естественным образом взаимодействовать с людьми и другими приложениями через те же каналы, что и люди:
Возможна интеграция с такими средствами, как Telegram, SMS, email и другими, через XMPP-шлюзы.
Это упрощает разработку интерфейсов, позволяя взаимодействовать с агентами так же, как с собеседниками в мессенджерах.
Поддерживается создание чат-ботов, ассистентов, консультантов и других человеко-ориентированных MAS.
Также SPADE предоставляет Веб-интерфейс по умолчанию для каждого агента /spade), отображающий:
Состояния поведения агента
Контакты и их статус
Почтовый ящик агента
Визуализацию конечного автомата (если используется FSM-поведение)
Возможность создавать собственные веб-интерфейсы на базе шаблонов (HTML + Jinja) и асинхронных контроллеров, реализованных в коде агента. Такой подход основан на шаблоне MVC (Model-View-Controller), где:
Model — знания агента
View — HTML-шаблон
Controller — асинхронная функция агента
Это делает SPADE отличной платформой для построения интерактивных MAS с участием человека, которые могут адаптироваться под различные сценарии взаимодействия.