Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  4, N o . 2 ,  A p r il  201 4, p p 15 1 ~ 15 I S SN : 208 8-8 7 0 8           1 51     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  Multi-Agent  Ap proach f o r Facin g  Ch allenges  in Ultra-L a rge  Sc a l e  sy ste m     Hami d  B a ghe r i * Mo ha mm ad  Al i  T o r k a m ani * * ,  Z h al eh Gh af f a ri   University  of Kurdistan,  I r an   ** Iranian  Telecommunication  Manufactur ing Compan y ,   Iran       Article Info    A B STRAC Article histo r y:  Received Aug 8, 2013  Rev i sed   Jan 11, 201 Accepte Ja n 26, 2014      The prim ar y   ch arac teris t ics  of ULS  s y s t em s  ar e ultra- larg e s i z e , num ber of  lines of code (LOC); number of  peopl e emplo y ing the s y stems; amount of  data stored , accessed, manipulated, a nd r e fined ;   number of connections and  interd ependen c ies among software  components; number o f  hardwar e   elem ents .  Th es chara c t e ris t i c s  of  ULS  s y s t em s  make  it  im pos s i ble to r e l y  o n   our curren t  kno wledge  and t ech niques of softwa re dev e lopm ent.   W e  will fa ce   fundamental  ch allenges in the design  and evolution, or chestration an d   control, and monitoring and assessment of  ULS   s y ste m s.  In this  pa pe r we  try   to m a ke a  com b i n ation b e twe e ULS s y stem s an d Multi Agen t System s and   to use Multi Ag ent S y st em  stren g ths to help t ack ling som e  chal lenges found  in ultra- large s c ale s y s t em s .  Ba nking s y s t em  is  an ins t anc e  of ULS  s y s t em s .   As  a cas e s t ud y,  in  a re al p r ojec we h a ve  designed Auto mated Teller   Machine (ATM)  com b ination wi th biom etric sen s ors based on  m u lti-agen t   archi t ec ture .   Keyword:  ATM   Mu lti Ag en t sy ste m s   Soft ware  A r c h itecture   Ultra La rge  Sc ale   Copyright ©  201 4 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Ham i d B a gheri   In fo rm ation Te chn o lo gy ,   Kurd istan  Un i v ersity,  Ira n, Kurdistan,  Sa nanda j , Pas d ara n   st reet  Em a il: h . b a gh eri@uok .ac.i r       1.   INTRODUCTION  Wh en  con c ep t of  u ltra-larg en ess is add e d to  so ft ware   syste m s and a g ents , e x isting standards,  existing t h eories and e x isting m odels enc o unter s o m e   deficiencies; because scale  changes e v ery t hing  [1].Ultra-large  syste m s are  architecturally com p lex. Som e  researc h er are don e on  ag en t in teraction ,  task   assig n m en t a m o n g   u ltra-larg m u lti-ag en t syste m s, self-a dap t ab ility an d   fau lt to leran c e in  u ltra-larg m u l ti- ag en syste m s b u t  t h ere is still  m u ch  to be  do n e   Nego tiatio n Mod e l fo r Larg e Scale M u lti-Ag en Sy ste m s is rev i ewed in [3 ]. C N CP  p r o t o c o l   wh ich  is d e v e lo p e d  for task   assig n m en t in  u ltra-larg scal m u lti-ag en syste m s is ex p l ain e d  in  [4 ].  Self – ad ap tab ility an d  Dim a X p l atfo rm  fo r fau lt-t o leran ce is research ed  in  [5 6 ] . In  t h is p a per we h a v e  tri e d  to   recon c ile and   co m b in e m u lti -ag e n t  an d u ltra-larg e systems to   find   po ssi b l e so lu tion   for so m e  ch allen g e s i n   u ltra-larg e m u lti ag en t system s. An yway ag en ts and  m u lti-ag en t systems are o l d e concep ts th an   u ltra-larg sy st em s. In t h e  ne xt  sect i o w e  i n t r od uce ultra-large   syst ems cha r acteristics.      2.   ULS CH AR A C TERISTI CS   There a r e cha r acteristics of ULS system t h at will ar ise because of t h e i r scale.  Like a biological  ecosy st em , a ULS sy st em  i s  com posed  of  dy nam i c co m m u n i t y  of i n t e r d e p en de nt  an d co m p eti ng o r gani sm i n   a com p l e x and  chan gi n g  en vi ro nm ent .  C h ap t e r 2 fr om  [1]   whi c h i s  pu bl i s hed  by  C a rne g i e -M el l on U n i v ersi t y   gi ves  an  o v er vi ew  of  UL S sys t e m s characteri s tics:  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  4, No . 2, A p ri l  20 14   :    15 1 – 1 5 4   15 2   Decent r alization  of data, De ve lopm en t, evolution,  de ploym e nt: in  UL S syste m s we  have  decentralized  dat a devel o pm ent ,  e vol ut i o n,  and  o p e r at i ona l  cont rol .       Inh e ren tly con f lictin g ,  unkn ow ab le, and   d i verse  requ irem en ts: U L S system s w ill b e  d e velo p e d  an d used   by  a  wi de  va ri et y  of st a k eh ol d e rs  wi t h   una v o i dabl y  di ffe ren t , co nfl i c t i n g ,  c o m p l e x, an ch angi ng  nee d s .     Co n tinuo u s  evo l u tion  an d dep l o y m e n t: wh ile ULS sy stem  i s  op erating ,  n e w cap a b ility n e ed  to b e   in teg r ated  an u n u s ed  cap a b ilities will b e  dro p p e d .       Het e r oge ne ous , i n c o n s i s t e nt and  cha n gi n g  e l em ent s :  A UL S sy st em  i s  const r uct e fr om  no n - u n i f orm   part s.     Erosion   o f  t h p e op le/system   b oun d a ry: Peop le will  no t ju st  b e  u s ers o f   a ULS system;  t h ey  will  b e   ele m ents of t h e  syste m , affecti n g its overall e m ergent  be havior.    Norm al failu res: Software and   h a rdware  failu res  will b e  th e no rm  rath er than  th e ex cep tion .     New  p a rad i g m s for acqu i sition  and   p o licy: Th e acq u i sition  of a ULS syste m  will b e  si m u l t an eo us wi th   t h e o p e r at i o n  o f  t h e  sy st em  and  req u i r ne m e t hods  f o r  co nt r o l .       3.   MULTI AGENT  SYSTEM S C H A R ACT ERISTI CS   Prop erties of  ultra-larg e m u lti  ag en t system in clu d e :     Distribu tio n :  m u lti ag en t  system s are d i strib u te d  wh ich are sp read  ac ross network.  So ck et  co mm u n i catio n   o r  m i d d l eware are  u s ed  to dev e lop  m u lti ag en syste m s.     Decent r alization: the r e is  no c e ntral  node t o   collect  res u lts or issue  commands.  Agents a c t inde pende n tly  an d attain  th eir p e rson al  g o a l.    Local  views:  no a g ent  has  a full glob al  view of the  system or the syst e m  i s  too  co mp le x  f o r  an  ag e n t to   make practical use  of such knowle dge   Self-o rg an izatio n and   self-steering .  M u lti-agen t system s ca n  m a n i fest self-org an ization  as well as  self- st eeri n g  an ot her  co nt r o l  pa r a di gm s and  rel a t e d com p l e b e havi ors  eve n   whe n  t h e i n di v i dual  st rat e gi es   o f  all th eir ag en ts are sim p le.    So cial: in  m u lti-ag en t system   ev ery ag en t kno ws o t h e r ag ents and  th eir capab ilities an d  m a y ask  t h em  fo hel p .     In teracti o n :  agen ts in teract and  ex ch ang e  info rm atio n  to  coo p e rate.    Goal -oriented:   every a g e n t fol l ows  goals  whi c h a r e s p ecifie d   by system  or  user.  Th e m a in  ad v a n t ag es  o f  m u lti-ag en t syste m s are th eir ab ility to  co p e  wit h  d y n a m i cs. C o n t rarily to   objects, a g e n ts  are  not ass o ci ated to  a  speci fic age n t to  pe rform  a task.  Ag e n t s   as k ot h e age n t s  whi c h one  i s   able to  do t h e t a sk. Once a n  a g ent acc epts t h e task, a c ontra ct  is m a d e  b e tween th e t w o ag en ts.      4.     ASSOCIATION  BETWEE N ULS AND MAS  Th is is t h e fi rst sen t en ce in a sectio n  an d has  n o  ind e n t In  t h is sectio n, we show how ag en ts an d   m u l ti-ag en t sy ste m s are related in the s e characteristics and why  agent s  c o ul h e l p  ap pr oac h i n g s o m e  ULS c h al l e nge s. C h a l l e nges i n  U L S are m e nt i o n e d i n   Sect i o 2.  We  defi ne ass o ciations  bet w een  ULS  ch allenge s  and M A S c h a r acteristics:    Decent r alization of data, De velopm ent, evolution,  depl oym e nt: Orga ni zations in m u lti-agent system s   fol l o w soci al  t h eo ry  an d p r o pos e t o  use t h e not i o n o f  g r ou ps  or t h no t i on o f  m a rket s [7] .  A g e n t s  are   con s t r ai ne by   no rm s and  re g u l a t i ons  an d t h e o r ga ni zat i o n s  are t hus  cal l e d  el ect ro ni c i n st i t u t i ons.     In here nt l y  con f l i c t i ng, u n k n o w abl e , a nd  di verse re q u iremen ts: Ag en ts can  Co op e r ate, coordinate, a nd  negotiate  with each othe r. These  prope r ties  c oul d be helpful  in sol v ing  s o me  challenges .     Co n tinuo u s  evo l u tion  and   d e p l o y m e n t: Th ere  will b e  an  i n creasi n g need to  in teg r ate new cap a b ilities  in to  a ULS sy ste m  wh ile it  i s  o p e ratin g. New and  d i fferen t cap ab ilities will b e  d e p l o y ed , and  unu sed  cap ab ilities will b e  d r opp ed ;  th e syste m  will b e  ev o l v i ng   n o t  in  ph ases, b u t  con tinu o u s ly [1 ]. Obj ect- orie nted or com ponent system s  are  facing problem s  to overcom e  this  iss u e. Multi agent  system  platform s   p r op o s e th notio n   o f  yello p a g e wh ere ag en ts reco rd  t h eir sk ills an d serv ices.    Hetero g e n e o u s , in con s isten t , an d  ch ang i ng  elem en ts: A  ULS system will n o t  b e   co nstru c ted  fro m   u n i form   p a rts: th ere will b e  so m e   misfits, e s p ecially  as th e syste m  is  ex ten d e d  and  repaired  [1 ]. Ag en ts  are u s ing  h i gh -lev el  in teraction  fac ilities su ch  as in teraction pro t o c o l s.    Erosion  o f  t h e p e op le/syste m b o u n d a ry: Peo p l e will no t ju st b e  users  of a ULS system; th ey wil l  b e   el em ent s  of t h e sy st em , affect i ng i t s  o v eral l  em ergent  be h a vi o r Age n t s   coul d hel p  wi t h  t h ei pl an ni n g   sk ills. Users ex press th eir  req u i rem e n t s an d  ag en ts d e fine a p l an  corresp ond ing  to  these requ irem e n ts  base on  t h e a v ai l a bl e s o ft wa re c o m pone nt [2] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN 208 8-8 7 0 8       Mu lti-Ag en t Ap p r oa ch  fo r facin g  cha lleng es in   Ultra-La rge S c a l e systems (Hamid Ba gheri 15 3   No rm al  fai l u res:  wh en  fai l u re s occ u r ,   Age n t s  can  m odi fy  t h e s o ft ware  co m ponent s     New  pa radi g m s for acq ui s i t i on an p o l i c y :  Age n t s  ar e Sel f   or gani z a t i on, sel f-st e e r i n g A g e n t s  a n d   in tellig en t so th at can b e  helpfu l i n  th is area.      Table  1 . UL characte r istics asso ciated  with MAS c h a r acteristics  ULS  characteristics   Multi Agent Systems characteristic   Decentraliz ation of  data, Develop m e n t,  evolution,  deploy m e nt  Distr i buted acr oss  networ Decentraliz ation: There is no cent r al  node in MAS   I nher e ntly  conflicting,  unkn owable,  and diver s r e quir e m e nts   Agents are  Intelligent  Agents can Cooper a te,  coor dinate,   and negotiate with each other   Continu ous evol ution and deploym ent  Social ability of Agents   Agents are Se lf -organization and self-steering  Heter ogeneous,  incons istent,  and changing  ele m ents   Agents are using high-level interactio n facilities such as  inter action pr otocols[4]   E r osion of the peo p le/sy s tem  boundar y   Planning skills of Agents  Autono m y  of Agents  N o rm a l  fa ilur e M odify ing softwar e  by  Agents   New par a dig m s  for  acquisition and policy  Agents are Se lf -organization and self-steering  Agents Are  Independent and Intelligent        5.   CASE ST UDY  Ira ni an Tel e c o m m uni cat i on  M a nu fact u r i n g  C o m p any   (IT MC) is a company  operating in Electrical  engi neeri ng a n d IC T a r eas. I T M C  besi des s o m e  prod uct s  i n  electrical and comm unicatio n area  participates in  soft ware a r eas. One  of t h ese  projects which are desi g n e d  i s  Au t o m a ted  Teller Mach in (ATM ) co m b in atio wi t h  bi om et ri sens ors .    Traditionally, access to secure areas  or sensitive inform at i on  has  been  c o ntrolled by possession  of  a   part i c ul a r  key   card  or  pass w o rd . N o wa day s ,  peo p l e  ha ve P I Ns a n d pas s w o r d s f o r a l a r g e num ber  of  d e vi ces,   fr om  t h e di ffer e nt  soci al  net w or ks a nd si t e s,  t o  t h ei ban k  i n f o rm at i on. B i om et ri c sensor s can c o n f i r m  that  a   p e rson  is act u a lly p r esen wit h ou requ iring   th e user t o   reme m b er an yth i ng  an d th ere is  no  secu rity threat.   B a nki ng  sy st em , based  on  i t s  cha r act eri s t i c s, i s   one   of t h e  instances   of  ULS system s. The  details of  t h e sy st em s speci fi cat i on are  m e nt i oned i n  o u bo o k  [ 8 ] .   We have  desi g n e d  t h pr oject base d o n  m u l t i  agen t   architecture. In  Table 2,  we  show how c h allenge of  ATM s y ste m  are satisfied.  Th is  p r o j ect lev e rag e s ag en t’s po ten tials fo r tack lin g ULS  ch allen g es an d was  d e v e lop e d   b a sed on  SQL Serve r   a n d Visual  C # .       Table 2. ATM characte r istics    ATM Characte ri stics   Multi Agent Syste m s c h aracteristi c     Decentraliz ation of  banking data     Distributed agents across network     Diver s e requir e m e nts     Pr ofoun d infl uenc e of envir o n m ent     Agents can C oope r a te,  coor dinate,  and ne gotiate with e ach  other     Co m p etitive environ m ent     Fast paced of technology     Agents are social     Agents are Se lf -organization and self-steering     I n consistent needs in banking Sy stem s     Using high-level interac tion facilitie s by Agents     Custo m er s  and user s of the sy ste m   m a y  be  the sa m e     Custo m ers a r e the  m a in ele m ent  of  the   sy ste m     Planning skills of Agents     Agents ar e autonom ous     Infrastructure failure     Pr oblem  in  T e leco m m u n ications  networ k   M odify ing softwar e  by  Agents     Cooper a tion with m onitor i ng and logging Agents     New p a tte rn s f o r Secu rit y  issu e s  in   Banking Sy stem s     Agents are Se lf-organization,  Independent and Intelligent     M onitor i ng,  Authentication and Auth or ization  Agents       6.   CO NCL USI O N   Ultra-larg e syste m s h a v e  fun d a m en tal ch alle n g e s in  co m p ariso n  to  trad itio n a l syste m s. C o nv en tio n a l   m e thods  of  software e ngi neering a r e not effective in th is kind  of system s because  of problem s of scal e. The   pr o b l e m s  i n t r od uce d   by  sc al e req u i r ne w s o l u t i o n a p pr oac h es a n d   new  co nce p t s  fo r sy st em  desi gn d e v e l o p m en t,  o p e ration ,  an d ev o l u tion .   Agen ts and  M u lti-ag en t system s  h a v e  th p o t en tial to  resp ond  to  so m e  o f  th ese  ch allen g es. In   th is p a p e we tried  to  m a ke a corres pondenc e  betwee n UL S syste m s challenge s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -87 08  IJEC E V o l .  4, No . 2, A p ri l  20 14   :    15 1 – 1 5 4   15 4 an d Mu lti Ag en t System s ch aracteristics and to   u s e M u lti Ag en System  st reng th s to   h e lp tack lin g so m e   u ltra- large scale syst e m s challenges .  For eac h c h allenging c h ar a c t eristic in ULS syste m s we can fi nd a n  as soc i ated  streng th  i n  M A wh ich  cou l d   b e   h e lpfu l  in so l v ing  so m e  ch allen g es.   As a case stud y, in  a real  p r oj ect we  have  desi g n ed  Aut o m a t e d Tel l e r M achi n e (ATM ) com b i n at i on  wi t h  bi om et ri c senso r s. B a nki ng sy s t em   is  one  of the inst ances of Ultra Large  Scale Syste m s. For each challenges  in ATM we showe d  in Table  2 how  challenges  of  ATM system  a r e satisfied by  MAS  pote n tials.      REFERE NC ES   [1]   U ltra-Larg e-Sc ale S y s t em s The Software Cha lleng e of th e F u ture” .  Software  Enginee r ing In stitute , Carn egie - Mellon Univ ersity , 2006 [2]   Huget Marc Philippe. “ E xecu ting  Ultr a L a r g e Softwar e Sys t ems  w ith Mult iagen t  S y s t ems ”. Proceedings of the 2nd   International Wo rkshop on Ultr a- la rge-scale Software-i ntensive Sy stems (10 May   2008), pag e s 33- 36  [3]   F a r B, W a n y am a T .  “ A N e gotiation Model for L a rge  Scale Mu lti-Agent Systems ”. Schulich  Scho ol of  Engineerin University  of  Calgar y ,  2006.  [4]   Yang Jian, Li Wen-Li, Hong Ch un-Yu. “ An Impr ovement  to CN CP in L a r g e-Sca l e Mut i -Ag e nt S y s t em ”. Inst itut e   of  S y stem Eng i neer ing, Dalian Un iv ersity  of  Techno log y , 2008   [5]   Faci Nora, Guessoum Zahia. “ DimaX: A Fau l t - T o lerant Mult i- Agent  Plat form ”. Univers i t y   Rei m s  Cham pagne- Ardenne 2  Univ ersity  Pierre and   Marie Cur i e, 20 06  [6]   Cardon  A, Itmi M.  A multi agent modeling app roach for an ad aptive  re gulation in  large  sc ale   c o mple x sy ste m s ”.  LITIS INSA de  Rouen France, 2 009  [7]   Wooldridge M.  “An Introductio n to Multiagen t S y stems” . Published May  2009  b y  J ohn Wiley and Sons (May   2009).  [8]   Torkam ani M A ,  Bagheri H. “ U ltra L a rge S c a l e s  S y s t em s ;  Cha r act eris ti cs , ch al lenges  and ins t ances .  Aras too  publication  (In p e rsian), 2013       BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       Hamid Bagheri  was born in sananda j, Iran ,  in 1 979. He receiv e the B.S. and  M.S. degrees in   Software eng i neering from  the Shahid  B e heshti University Tehr an, in  2011 Since 2009 , he has been  working in Informat ion Technolog y in Kurdistan  University . His   res earch  in teres t s  includ e S e rv ic e Orien t ed  Arhci t ec tureand  Ultr large  S cal e S y s t em s .              Mohammad Ali Torkamani born  in Ir an, Shiraz  Ci ty , in 1975 . H e  receiv e the  M.S. degr ee  in   software engin e ering from the Shah id Beheshti University , in 201 1. He is the au th or of 15 books (in P e rs ian) , m o re th an 35  arti cl es . His  res e arch  inter e s t s  in clud e s o ftware  ar chi t ec ture,  Ultr a   Large  S c a l e s y s t em s ,  cr yptogr ap h y  and  N e twork security  holds  o n patent.   He is working  in R&D Department of Ira nian  Telecommunication Manufactu ring Compan y   now. He is curr ently  teaching  at the I T MC Univ ersity  of Applied Scien ce  and  Techno log y  in  S h iraz.              Zhaleh Ghaffari was born in sanandaj, Iran,  in 1981. She receiv e d the B . S. in Software  engineering  fro m the Azad Un iversity , Hamedan, in  2006.  Since 2009, she  has been workin g in Engineering  Facuty   in Kurdistan University Her research  inter e sts inc l ude   W e b Servic es an d Datab a se.           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.