标准化的大模型上下文处理协议

1. 核心定义与基本原理

模型上下文协议（Model Context Protocol，MCP）或模型上下文管理，是一种对大型语言模型（LLM）的上下文信息进行规范化组织和管理的结构化框架。它为AI系统提供了统一的方式来处理和传递对话历史、用户信息、系统配置等上下文数据，确保模型能够获得必要的背景信息来生成连贯、准确且符合需求的回应。

核心价值：MCP解决了大模型长对话管理、多轮交互中的上下文维护、用户身份识别等核心问题，使AI系统能够提供更连贯、更个性化的服务体验。

MCP的核心原理可以概括为以下几点：

  1. 结构化上下文表示：将上下文信息组织为规范化的数据结构，通常包括系统指令、用户身份、对话历史、工具使用记录等部分。
  2. 上下文传递与管理：在整个对话过程中维护上下文的连续性，使每次模型调用都能获得必要的历史信息。
  3. 优先级与权重分配：为不同类型的上下文信息分配不同的重要性级别，确保模型关注最相关的内容。
  4. 记忆压缩与优化：在有限的上下文窗口中高效管理长对话，通过摘要、压缩等技术保留关键信息。
  5. 状态跟踪与更新：动态更新系统状态和用户状态，确保模型了解最新的交互情况。

2. 重要性与实现方式

2.1 MCP的重要性

在大型语言模型应用中，MCP解决了以下关键挑战：

上下文窗口限制

LLM的上下文窗口大小有限（如8K-32K token），而长对话可能超出这一限制。MCP通过保存、压缩和优先级排序等策略，在有限窗口中维护最重要的上下文信息。

对话连贯性

保持多轮对话中的连贯性是AI系统的关键挑战。MCP通过结构化存储对话历史并有效管理引用，确保模型能理解前后对话关联，提供连贯回应。

个性化与一致性

用户期望AI记住他们的偏好和过往交互。MCP维护用户数据和交互历史摘要，确保在多轮对话中保持个性化体验和一致的行为风格。

复杂任务处理

需要多步骤完成的复杂任务要求系统记住当前进度和前序步骤。MCP提供结构化方式记录任务状态和步骤，支持长时间、多轮次的任务执行。

图2：MCP解决大模型上下文维护的关键问题

2.2 实现方式

MCP的实现通常采用以下几种方式：

实现方式描述适用场景
消息格式标准化使用标准化的消息格式（如OpenAI Chat Completion API格式），区分系统指令、用户消息和助手回应基本对话系统、简单应用场景
会话状态管理维护会话对象，存储当前状态、对话历史和用户信息，动态更新和传递多轮对话系统、需要状态跟踪的应用
结构化协议框架设计专用协议框架（如Anthropic的Claude Protocol），规范化上下文数据结构和处理流程复杂应用、企业级系统、需要高标准化的场景
分布式记忆系统将上下文拆分为短期记忆和长期记忆，使用外部数据库存储长期记忆，按需检索长期对话、知识密集型应用、个性化服务

在实际应用中，这些实现方式往往结合使用，形成适合特定需求的MCP解决方案。例如，一个客服AI系统可能同时使用标准化消息格式、会话状态管理和分布式记忆来提供连贯、个性化的服务体验。

3. MCP的组成部分

一个完整的MCP框架通常包含以下几个核心组成部分：

图3：MCP的核心组成部分示意图

3.1 系统指令层

系统指令层定义模型的基本行为规则和角色设定，是MCP的基础部分：

  • 角色定义：明确模型应扮演的角色（如客服专家、编程助手等）
  • 行为准则：规定模型应遵循的行为规范和限制
  • 输出格式：指定回答的结构、风格和格式要求
  • 专业领域知识：提供特定领域的基础知识和术语解释
// 系统指令示例
{
  "role": "system",
  "content": "你是一名专业的客户服务代表，专注于解决用户的技术问题。请使用专业、友善的语气回答用户问题。
  遵循以下准则：
  1. 首先确认理解用户问题
  2. 提供清晰、步骤化的解决方案
  3. 如果无法解决问题，提供升级流程
  4. 不要分享公司内部信息或未公开的产品计划
  5. 回答格式应包含问题摘要、解决步骤和后续建议"
}

3.2 用户身份层

用户身份层维护与当前用户相关的信息，为模型提供个性化回答的依据：

  • 用户基本信息：用户ID、名称、语言偏好等
  • 用户历史摘要：过往交互的关键点总结
  • 偏好设置：用户明确表达的偏好和设置
  • 权限级别：用户可访问的功能和信息范围
// 用户身份信息示例
{
  "user_id": "u12345",
  "name": "张先生",
  "language": "zh-CN",
  "membership_level": "premium",
  "preferences": {
    "communication_style": "简洁直接",
    "technical_expertise": "高级",
    "product_interests": ["智能家居", "办公软件"]
  },
  "history_summary": "长期用户，主要咨询智能家居设备兼容性问题，
  上次交流中提到正在装修新家，计划全屋智能化"
}

3.3 对话历史层

对话历史层保存和管理当前会话中的消息交换记录：

  • 消息序列：按时间顺序排列的用户和助手消息
  • 上下文压缩：对长对话进行摘要或压缩的策略
  • 重要信息标记：突出关键信息点的机制
  • 引用和关联：建立消息之间关联的链接机制
// 对话历史示例
"messages": [
  {
    "role": "user",
    "content": "我的智能灯泡无法连接到手机App",
    "timestamp": "2023-11-10T15:23:45Z",
    "importance": "high"
  },
  {
    "role": "assistant",
    "content": "很抱歉听到您遇到连接问题。请告诉我以下信息，以便我更好地帮助您：
    1. 灯泡的品牌和型号
    2. 您使用的手机App名称和版本
    3. 您的手机操作系统(iOS/Android)和版本",
    "timestamp": "2023-11-10T15:24:10Z"
  },
  {
    "role": "user",
    "content": "是飞利浦Hue灯泡，App是Hue官方App v4.26.0，iPhone 14 Pro iOS 16.5",
    "timestamp": "2023-11-10T15:26:33Z"
  }
]

3.4 工具使用记录层

工具使用记录层跟踪和管理模型使用外部工具和API的情况：

  • 函数调用历史：记录已经调用的函数及其参数和结果
  • 工具状态：当前可用工具的状态和权限信息
  • 数据查询记录：模型进行的数据库查询或API调用记录
  • 操作结果：工具操作的成功状态和返回信息
// 工具使用记录示例
"tool_usage": [
  {
    "tool_name": "product_database_search",
    "timestamp": "2023-11-10T15:27:05Z",
    "parameters": {
      "product_type": "smart bulb",
      "brand": "Philips",
      "model": "Hue"
    },
    "result": {
      "status": "success",
      "data": {
        "latest_firmware": "1.65.11",
        "compatible_bridges": ["Hue Bridge v2", "Hue Bridge v3"],
        "connection_methods": ["Bluetooth", "Zigbee (via Bridge)"]
      }
    }
  },
  {
    "tool_name": "troubleshooting_guide",
    "timestamp": "2023-11-10T15:27:15Z",
    "parameters": {
      "device": "Philips Hue",
      "issue": "connection problem",
      "os": "iOS 16.5"
    },
    "result": {
      "status": "success",
      "guide_id": "TSG-HUE-2023-05"
    }
  }
]

3.5 会话控制层

会话控制层管理对话的整体状态和流程控制：

  • 会话元数据：会话ID、开始时间、持续时长等基本信息
  • 上下文管理策略：决定什么信息应保留、丢弃或压缩
  • 状态机配置：定义对话可能的状态和转换规则
  • 回退策略：处理模型无法响应或错误情况的策略
// 会话控制信息示例
"session_control": {
  "session_id": "sess-2023-11-10-152345",
  "start_time": "2023-11-10T15:23:45Z",
  "duration_seconds": 240,
  "current_state": "troubleshooting",
  "previous_states": ["greeting", "problem_identification"],
  "context_strategy": {
    "max_turns": 20,
    "summarize_after": 10,
    "priority_tokens": ["error", "不工作", "问题"],
    "compression_method": "semantic_summarization"
  },
  "next_actions": ["verify_solution", "offer_alternatives"],
  "fallback_contact": "tech_support@example"
}

4. MCP带来的优势

采用MCP为AI系统带来了一系列显著优势：

1. 连贯性与记忆力

MCP使AI系统能够在长对话中保持记忆力，理解上下文引用，提供连贯回答。

例如：用户提到"上次我们讨论的那个问题"，系统能准确回忆并继续相关讨论。

2. 个性化与适应性

通过保存用户偏好和历史交互，系统能提供更加个性化的回答和建议。

例如：记住用户之前表达的兴趣，在后续交互中主动推荐相关内容。

3. 复杂任务管理

支持跨越多轮对话的复杂任务执行，保持任务状态和进度。

例如：在多步骤问题解决过程中，记住已完成的步骤和收集的信息。

4. 标准化与一致性

为不同AI应用提供统一的上下文管理框架，保证行为一致性。

例如：不同场景下的AI助手使用相同的对话管理规范，降低用户学习成本。

5. 资源优化

通过智能管理上下文窗口，优化token使用，降低API成本。

例如：自动摘要长历史，只保留关键信息，减少每次请求的token数量。

6. 安全性与隐私

明确定义什么信息应当保留、传递或丢弃，增强数据隐私保护。

例如：敏感信息自动从持久化储存中排除，只在必要时临时使用。

核心价值：MCP不仅仅是一种技术实现，更是一种范式转变，使AI系统从简单的"问答机器"转变为能够理解上下文、维护连续对话、执行复杂任务的智能助手，极大地提高了AI系统的实用性和用户体验。

5. MCP应用场景

MCP在多种AI应用场景中发挥着关键作用：

应用场景MCP的关键作用实例
客户服务- 记住客户问题和情况
  • 追踪问题解决进度
  • 统一多渠道对话体验 | 用户在不同时间通过网站、App和电话咨询同一问题，系统能够识别这是同一问题的后续，继续之前的解决方案。 |
    | 个人助理 | - 记住用户偏好和习惯
  • 维护长期交互记忆
  • 跟踪日常任务和提醒 | 助理记得用户喜欢在晚上7点后收到新闻摘要，且对科技新闻特别感兴趣，自动调整内容推荐。 |
    | 教育辅导 | - 记录学习进度和难点
  • 适应学生理解水平
  • 提供渐进式学习路径 | 系统记住学生之前在哪些数学概念上遇到困难，在教授新概念时特别关注这些弱点，并提供针对性练习。 |
    | 专业顾问 | - 管理专业知识库
  • 记录咨询背景和细节
  • 追踪建议执行情况 | 法律顾问AI记住客户的案件细节、之前的咨询内容和收集的证据，提供连续性的法律建议。 |
    | 协作工具 | - 跟踪项目状态和成员角色
  • 维护团队共享上下文
  • 协调多人任务分配 | 项目管理助手了解每个团队成员的专长和当前任务，能够协调工作分配并回答关于项目状态的问题。 |
案例：医疗咨询中的MCP应用

考虑一个医疗AI助手场景：
• 系统指令层：定义医疗咨询助手角色，规定医疗建议的提供方式和免责声明
• 用户身份层：记录患者基本健康信息、过往症状和治疗史
• 对话历史层：保存当前咨询中描述的症状、医学术语解释请求等
• 工具使用记录：记录查询医学数据库的结果、症状检查器的输出等
• 会话控制层：管理从症状描述、初步分析、建议提供到随访规划的流程

当患者提到"昨天我们讨论的那个药物副作用怎么处理"时，系统能通过MCP检索相关历史，理解上下文，并继续之前的讨论，而不需要患者重复之前的所有信息。

6. 演示案例

以下是一个展示MCP实际应用价值的智能客服对话管理案例：

案例：智能客服对话管理

背景：一家电子产品公司实现了基于MCP的智能客服系统，用于处理客户的技术支持和服务请求。

MCP配置
// MCP基本配置
{
  "system": {
    "role": "智能客服专员",
    "behavior_guidelines": [
      "专业、友善地回应客户问题",
      "遵循技术支持标准流程",
      "保持解决方案的可操作性",
      "在无法解决时妥善升级问题"
    ],
    "knowledge_areas": ["产品规格", "故障排除", "保修政策", "退换货流程"],
    "output_formats": {
      "greeting": "问候 + 身份确认",
      "troubleshooting": "问题确认 + 步骤建议 + 验证问题",
      "resolution": "解决方案概述 + 详细步骤 + 确认满意度"
    }
  },

  "user_profile": {
    "retrieval_strategy": "实时检索客户CRM数据",
    "key_attributes": ["购买历史", "技术熟练度", "之前的服务请求", "偏好联系方式"],
    "personalization_rules": [
      "技术熟练度高的客户可提供更详细技术步骤",
      "有多次服务记录的重点客户优先处理",
      "根据历史偏好调整回复详细程度"
    ]
  },

  "conversation_management": {
    "history_depth": 20,
    "summarization_trigger": "对话超过10轮或30分钟",
    "important_elements": ["产品型号", "错误代码", "已尝试的解决方案", "客户反馈"],
    "topic_tracking": true,
    "thread_maintenance": "跨会话保持同一问题的解决连续性"
  },

  "tools_integration": {
    "available_tools": ["产品数据库", "故障诊断工具", "订单系统", "升级流程管理"],
    "authentication_required": ["订单历史", "保修状态查询"],
    "result_integration": "自动将工具结果融入对话脉络"
  },

  "session_control": {
    "state_machine": {
      "states": ["问题识别", "信息收集", "故障诊断", "解决方案提供", "满意度确认", "升级处理"],
      "transitions": {
        "问题识别→信息收集": "识别到产品类别后",
        "信息收集→故障诊断": "收集足够信息后",
        // 更多状态转换规则...
      }
    },
    "timeout_handling": "未活动15分钟后发送验证消息",
    "escalation_criteria": "尝试3种解决方案仍未解决问题时升级"
  }
}
对话示例（跨会话技术支持）

第一天 - 初次交流

客

你好，我的XPS 15笔记本电脑最近充电很慢，而且电池续航时间比以前短了很多。

AI

[系统: 检索用户资料]

MCP更新: 用户李先生，高级会员，购买记录包含XPS 15 9560型号，购买日期2021-06-15

您好李先生，很高兴为您服务。关于您的XPS 15充电和电池问题，我可以帮您诊断一下。首先，您能告诉我：

  1. 您的电脑大约使用了多久？
  2. 充电速度变慢是突然发生的还是逐渐出现的？
  3. 您最近是否安装了新的软件或系统更新？

客

我的电脑买了快3年了，充电问题是最近两三周才注意到的，好像是装了最新的Windows更新后出现的。现在充满电大概需要3小时，以前只要1.5小时左右。

AI

[系统: 查询产品数据库]

MCP更新: 工具调用 - 查询XPS 15 9560电池规格和常见问题

谢谢您提供的信息。根据您描述的情况，问题可能有几个原因：

  1. 电池老化：3年的使用时间可能导致电池容量自然衰减
  2. 系统更新问题：最新的Windows更新可能改变了电源管理设置
  3. 后台进程：更新后可能有新的后台进程占用资源

我建议您先尝试以下步骤：

A. 运行电池诊断：
• 按Win+X，选择"PowerShell(管理员)"
• 输入命令: powercfg /batteryreport /output “C:attery_report.html”
• 在C盘根目录找到生成的报告并查看

B. 检查电源计划：
• 进入控制面板 > 电源选项
• 确认您使用的是"平衡"或"高性能"计划
• 点击"更改计划设置" > "更改高级电源设置"检查配置

您能先试试这些步骤吗？完成后请告诉我结果，我们继续排查。

客

好的，我需要一点时间来尝试这些步骤。我先去试试，晚点再联系你。

第二天 - 后续跟进

客

你好，关于昨天的电池问题，我运行了你建议的诊断。报告显示我的电池最大容量只有原始容量的62%了。另外，我注意到有个叫"Windows Update服务"的进程经常在后台运行，占用不少资源。

AI

[系统: 检索对话历史]

MCP更新: 识别为昨日XPS 15电池问题的后续，用户已执行诊断步骤，报告电池容量62%，发现Windows Update服务占用资源

[系统: 更新问题状态]

MCP更新: 会话状态从"信息收集"转为"故障诊断"，确认主要问题点：1)电池容量减少 2)Windows Update服务异常

您好李先生，感谢您回来并分享诊断结果。根据您的反馈，我们发现了两个主要问题：

  1. 电池健康度下降：62%的容量确实说明电池已经有明显老化，这是导致续航时间缩短的主要原因。XPS 15电池的设计寿命约为300-500个充放电周期，3年的使用很可能已超过这个范围。

  2. Windows更新服务异常：这很可能是导致充电慢的原因之一，因为系统资源被占用。

针对这两个问题，我建议：

对于电池问题：
• 考虑更换电池 - 您的设备仍在设计使用年限内，但电池已达到更换时机
• 作为临时措施，您可以优化电池使用：降低屏幕亮度，关闭不必要的服务

对于Windows Update问题：
• 打开服务管理器(Win+R，输入services.msc)
• 找到"Windows Update"服务
• 右键点击，选择"属性"
• 将启动类型修改为"手动"
• 点击"停止"按钮停止当前运行的服务
• 点击"应用"和"确定"

您希望了解更多关于电池更换选项，还是想先尝试修复Windows Update问题？

客

我先尝试修复Windows Update的问题。另外，关于更换电池，你们可以提供这项服务吗？大概多少钱？

AI

[系统: 查询服务选项]

MCP更新: 工具调用 - 查询XPS 15 9560电池更换服务和价格

[系统: 更新用户偏好]

MCP更新: 记录用户对电池更换服务的兴趣，保存为后续跟进项目

好的，请先按照前面的步骤修复Windows Update服务问题。这应该能帮助解决充电速度慢的问题。

关于电池更换服务：
• 是的，我们提供官方电池更换服务
• XPS 15 9560型号的原装电池更换费用为880元，包含电池成本和人工费
• 服务方式有两种：

  1. 送修到授权服务中心，通常1-2个工作日完成
  2. 上门服务(仅限部分城市)，需额外支付150元上门费
    • 更换后电池享有6个月保修

如果您有兴趣，我可以帮您查询您所在地区的最近服务中心或预约上门服务。您住在哪个城市？

关键MCP特性分析
MCP特性对话中的体现价值展示
跨会话记忆系统在第二天立即识别上下文，无需用户重复问题提供连贯体验，节省用户时间，增强专业感
用户信息整合记住用户名字、设备型号、购买日期等关键信息个性化服务体验，精准问题诊断
状态管理从"信息收集"转变为"故障诊断"，适应对话进展确保对话流程符合支持标准，不遗漏关键步骤
工具集成无缝查询产品数据库、服务选项和价格信息提供精确实时信息，增强回答可靠性
优先级管理识别并跟进两个主要问题点，按逻辑顺序处理结构化问题解决流程，确保高效服务
MCP带来的关键优势
  • 业务连续性：即使对话跨越多天，系统也能维持问题上下文，提供连贯服务
  • 个性化体验：根据用户资料和历史行为调整回应，增强用户满意度
  • 问题解决效率：不需要重复收集信息，直接继续上次的诊断流程
  • 客户关系管理：记录用户偏好和兴趣点，为后续跟进和销售提供机会
  • 服务质量标准化：确保每次交互都遵循预设的服务流程和专业标准

总结：MCP不仅是一种技术实现，更是增强AI系统连续性、记忆力和适应性的关键框架。通过结构化管理上下文信息，MCP使AI系统能够提供更像人类的服务体验 - 记住过往交谈、理解用户需求的演变、在复杂任务中保持连贯性。这种能力在客服、教育、个人助理等领域尤为重要，从根本上改变了用户与AI系统的互动方式。