Agent communication remains a foundational problem in multi-agent systems: protocols such as FIPA-ACL guarantee semantic richness but are intractable for constrained environments, while lightweight IoT protocols achieve efficiency at the expense of expressiveness. This paper presents $μ$ACP, a formal calculus for expressive agent communication under explicit resource bounds. We formalize the Resource-Constrained Agent Communication (RCAC) model, prove that a minimal four-verb basis \textit{\{PING, TELL, ASK, OBSERVE\}} is suffices to encode finite-state FIPA protocols, and establish tight information-theoretic bounds on message complexity. We further show that $μ$ACP can implement standard consensus under partial synchrony and crash faults, yielding a constructive coordination framework for edge-native agents. Formal verification in TLA$^{+}$ (model checking) and Coq (mechanized invariants) establishes safety and boundedness, and supports liveness under modeled assumptions. Large-scale system simulations confirm ACP achieves a median end-to-end message latency of 34 ms (95th percentile 104 ms) at scale, outperforming prior agent and IoT protocols under severe resource constraints. The main contribution is a unified calculus that reconciles semantic expressiveness with provable efficiency, providing a rigorous foundation for the next generation of resource-constrained multi-agent systems.


翻译:智能体通信始终是多智能体系统中的基础性问题:诸如FIPA-ACL等协议虽能保证语义丰富性,但在受限环境中难以实现;而轻量级物联网协议虽实现高效,却以牺牲表达能力为代价。本文提出$μ$ACP,一种在显式资源约束下实现表达能力的形式化通信演算。我们形式化定义了资源受限智能体通信(RCAC)模型,证明最小四动词基\textit{\{PING, TELL, ASK, OBSERVE\}}足以编码有限状态FIPA协议,并建立了消息复杂度的紧致信息论界。进一步证明$μ$ACP能在部分同步与崩溃故障条件下实现标准共识,为边缘原生智能体提供构造性协调框架。通过TLA$^{+}$(模型检测)与Coq(机械化不变量)的形式化验证,确立了安全性与有界性,并在建模假设下支持活性。大规模系统仿真证实,在严重资源约束下,ACP的中位数端到端消息延迟为34毫秒(95百分位104毫秒),优于现有智能体与物联网协议。本工作的核心贡献在于提出了一种统一演算,将语义表达能力与可证明的效率相统一,为新一代资源受限多智能体系统奠定了严格的理论基础。

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