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Agent 基础设施运行时:低开销多智能体协作系统Agent

Key Innovations (vs. baseline)

Upgrade Description Impact
Protobuf Binary Protocol Replaces JSON with Protocol Buffers for inter-agent messages 40-70% communication overhead reduction
Shared Vector Pool numpy memmap-based vector state exchange by reference (not value) O(dim) → O(1) state transfer cost
Memory Reuse Controller Skip redundant agent calls when confidence > 0.85 Reduced agent calls, tokens, latency
Runtime Dashboard CLI visualization of agent timeline, token usage, memory hit rate Real-time system observability

Architecture

┌──────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                      main.py (Entry Point)                        │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│               orchestrator.py (LangGraph + LangChain)              │
│  ┌──────────┬──────────┬──────────┬──────────────────┐           │
│  │ Planner  │Retriever │ Executor │   Summarizer     │           │
│  │  Agent   │  Agent   │  Agent   │     Agent        │           │
│  │          │  ↑ reuse │          │                  │           │
│  │          │  shortcut│          │                  │           │
│  └──────────┴──────────┴──────────┴──────────────────┘           │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  protocol/              state_transfer/        memory/            │
│  ├─ messages.py         ├─ embedding.py       ├─ shared_memory.py│
│  ├─ scheduler.py        ├─ vector_pool.py (+) ├─ reuse_controller│
│  └─ binary_serializer(+)|  SharedVectorPool   │  .py (+)         │
│     Protobuf wire format   numpy memmap pool                     │
├──────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  proto/ (+)             evaluation/                               │
│  └─ agent_protocol.proto├─ metrics.py                            │
│     Message schema       ├─ reporter.py                           │
│                          └─ dashboard.py (+)                      │
│  shared_state/ (+)          Runtime CLI Dashboard                 │
│  └─ vec_*.npy                                                 │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────┘
(+) = New in v2.0

核心设计

1. 二进制协议通信 (Protobuf)

取代了需要进行Token切分和解析的JSON文本消息:

JSON:     {"action":"search","parameters":{"query":"..."}}  → Token切分→解析
Protobuf: 0A 06 73 65 61 72 63 68 12 ...                  →二进制→直接解析
  • 消息模式(Schema)定义在 proto/agent_protocol.proto
  • BinaryProtocolSerializer 桥接 Pydantic ↔ Protobuf
  • 所有 11 种消息类型(握手、任务、结果、状态传输、记忆等)均采用二进制传输格式
  • 体积缩减:通常比等效的JSON减少45-55%

2.共享向量池(状态交换)

不同于在消息中内联传递庞大的嵌入(Embedding)数组,系统将向量写入共享的 numpy memmap 池中,并通过引用进行交换:

智能体 A: vec = embed(output) → pool.put(vec) → 返回 "vec_a1b2c3.npy"
         → 发送: {"state_ref": "vec_a1b2c3.npy"}      ← O(1) 开销

智能体 B: 接收 "vec_a1b2c3.npy" → pool.get(ref) → 通过 mmap 加载  ← 零拷贝

这直接回应了此类系统所强调的重点:

  • 共享内存语义
  • 低开销状态交换
  • 二进制状态传输(类似 IPC 模式)

3. 记忆复用快捷路径

系统不会总是执行完整的智能体流水线,而是会先检查现有记忆是否能满足当前任务:

Planner → [复用检查: 置信度 > 0.85?]
  ├─ 是 → 跳过 Retriever,直接使用缓存结果
  │        节省: -1 次智能体调用, -800 tokens, -2s 延迟
  └─ 否 → 正常流水线: Retriever → Executor → Summarizer

MemoryReuseController 会追踪:

  • 每个任务的复用命中 / 未命中情况
  • 跳过的智能体调用次数
  • 预估节省的 Token 数量
  • 预估缩短的延迟时间

4. 运行时仪表盘

实时 CLI 可视化,展示以下内容:

  • 智能体执行时间线
  • 消息计数和 Token 使用量
  • 二进制协议节省的开销
  • 记忆命中率
  • 向量池统计数据
  • 记忆复用指标

目录结构

test/
├── README.md
├── requirements.txt
├── config.py
├── main.py
├── orchestrator.py
├── proto/                         # (+) Protobuf 模式定义 (Schema)
│   └── agent_protocol.proto
├── protocol/
│   ├── messages.py                # Pydantic 消息类型
│   ├── scheduler.py               # 消息路由与智能体注册
│   ├── binary_serializer.py       # (+) Pydantic ↔ Protobuf 桥接
│   └── agent_protocol_pb2.py      # (+) 生成的 Protobuf 代码
├── agents/
│   ├── base_agent.py
│   ├── planner_agent.py
│   ├── retriever_agent.py
│   ├── executor_agent.py
│   └── summarizer_agent.py
├── state_transfer/
│   ├── embedding.py               # Embedding 引擎与状态传输
│   └── vector_pool.py             # (+) 共享向量池 (numpy memmap)
├── memory/
│   ├── shared_memory.py           # ChromaDB 持久化记忆
│   └── reuse_controller.py        # (+) 记忆复用快捷路径
├── evaluation/
│   ├── metrics.py
│   ├── reporter.py
│   └── dashboard.py               # (+) 运行时 CLI 仪表盘
├── tasks/
│   └── task_sets.py
└── shared_state/                  # (+) 运行时向量池存储
    └── vec_*.npy

快速上手

1. 安装依赖

Bash

pip install -r requirements.txt

2. 配置环境

Bash

export OPENAI_API_KEY="your-api-key"
export OPENAI_BASE_URL="https://api.openai.com/v1"    # 可选
export LLM_MODEL="gpt-4o-mini"                        # 可选

3. 运行实验

Bash

python main.py

系统将执行三个阶段:

  1. 结构化协议模式 — 二进制 Protobuf 消息 + 向量池状态传输(6 个任务)
  2. 纯文本模式 — 仅限自然语言,对比实验(6 个任务)
  3. 记忆复用验证 — 重新运行任务,测量复用命中率(4 个任务)

评估指标

类别 指标 描述
通信 消息数量、字符数、二进制字节数 JSON 与 Protobuf 的对比
Token Token 预估 结构化模式按字符数/4,文本模式按字符数/2
状态传输 传输次数、数据大小 基于引用的 O(1) 对比内联的 O(dim)
记忆 命中率、查询次数、存储次数 ChromaDB 语义搜索准确率
延迟 单任务耗时 端到端实际墙钟时间 (Wall Clock)
复用 命中率、跳过的智能体数量、节省的 Token 记忆复用效率

环境变量

变量 默认值 描述
OPENAI_API_KEY (必填) OpenAI API 密钥
OPENAI_BASE_URL [https://api.openai.com/v1](https://api.openai.com/v1) API 端点
LLM_MODEL gpt-4o-mini 大语言模型名称
EMBEDDING_MODEL all-MiniLM-L6-v2 sentence-transformers 模型

核心术语(供答辩/评审使用)

在汇报演示中重点强调这些表述:

  • 运行时 (Runtime) — 不是“应用”,而是基础设施
  • 通信总线 (Communication Bus) — 不是“聊天”,而是消息路由
  • 状态交换 (State Exchange) — 不是“提示词传递”,而是向量状态传输
  • 共享内存 (Shared Memory) — 不是“数据库”,而是智能体记忆池
  • 智能体协议 (Agent Protocol) — 不是“工作流”,而是结构化协作协议
  • 低开销 (Low-overhead) — 不是“方便”,而是系统级的深度优化
  • 可复用智能 (Reusable Intelligence) — 不是“缓存”,而是记忆驱动的智能复用
  • 基础设施 (Infrastructure) — 不是“工具”,而是系统级的设计
关于
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