多Agent的傳感器管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 多Agent的傳感器管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 摘 要：本文提出了一種傳感器管理系統(tǒng)框架，給出了基于多Agent的解決方案。該構(gòu)造通過多個(gè)Agent間的相互協(xié)商來實(shí)現(xiàn)傳感器任務(wù)的分配，較好地克服了在融合中心存在的缺陷。并在此根底上著重探討各Agent之間的協(xié)調(diào)合作問題，實(shí)現(xiàn)了基于KQML語言的各Agent之間的協(xié)調(diào)機(jī)制。 1 引 言 多傳感器系統(tǒng)能從不同的角度和視野獲取其觀測環(huán)境更多的全局信息，在軍事和民用領(lǐng)域正受到越來越廣泛的重視。為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場變化，獲得的作戰(zhàn)效果，許多研究人員開始把注意力放在對傳感器資源開展自動或半自動管理的研究上，充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的效能。與此同

2、時(shí)，隨著指揮自動化建設(shè)的不斷前進(jìn)和更新，越來越多的遺留系統(tǒng)擺在研究人員的面前，如何合理利用這些遺留系統(tǒng)也是科研人員需要解決的一個(gè)問題。一個(gè)方案就是包裝遺留部件，為他們提供“Agent層次”的功能，使得它們可以和其它的軟件部件開展通信和合作。 2 傳感器管理現(xiàn)狀 傳感器管理的問題就是依據(jù)一定的準(zhǔn)則，確定目標(biāo)選擇何種傳感器以及該傳感器的工作方式及參數(shù)。傳感器管理系統(tǒng)（SMGS）的任務(wù)就是利用有限的傳感器資源，滿足對多個(gè)目標(biāo)和掃描空間的要求，以得到各具體特性的度量值（檢測概率，截獲概率，傳感器自身的發(fā)射能力，航跡精度或丟失概率等），以準(zhǔn)則對傳感器資源開展合理分配，選擇傳感器的工作方式和工作參數(shù)。目前

3、的傳感器管理的構(gòu)造則分為集中式和分布式。 2.1集中式管理構(gòu)造 在集中式管理構(gòu)造中，由融合中心向所有的傳感器發(fā)送其需要執(zhí)行的任務(wù)和完成該任務(wù)的參數(shù)集或運(yùn)行模式。其缺點(diǎn)是融合中心難以對各個(gè)傳感器的負(fù)載情況做出實(shí)時(shí)的*估，在多任務(wù)時(shí)會造成負(fù)載不均衡，甚至?xí)斐蓚€(gè)別傳感器嚴(yán)重過載而無法完成任務(wù)，另外，當(dāng)傳感器數(shù)目增多時(shí)，融合中心的計(jì)算量會急劇上升，通訊量也會大大增加。 2.2分布式管理構(gòu)造 在分布式管理構(gòu)造中，將管理功能分布在系統(tǒng)的不同位置或不同傳感器中。其缺陷是信息冗余會帶來嚴(yán)重問題，此外，如果沒有一套公共的通訊設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換只能嚴(yán)格按端到端的方式開展，發(fā)送端與接收端之間的延時(shí)會

4、產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)中不同部件的全局狀態(tài)出現(xiàn)瞬間的不一致，從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能的下降。任務(wù)沖突和競爭使任務(wù)協(xié)調(diào)變得更加復(fù)雜。 3 基于多Agent的傳感器管理系統(tǒng) Agent是來自于分布式人工智能的一個(gè)概念模型，通常是指具有目標(biāo)、行為和知識，能在不確定性環(huán)境中，根據(jù)自身能力、狀態(tài)、資源、相關(guān)知識以及外部環(huán)境信息，通過規(guī)劃、推理和決策實(shí)現(xiàn)問題求解，并開展相應(yīng)的活動，自主地完成特定任務(wù)并到達(dá)某一目標(biāo)的實(shí)體。 多Agent系統(tǒng)（MAS）是一組為實(shí)現(xiàn)某一全局目標(biāo)，通過通信網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接起來的系統(tǒng)。其中的各Agent必須相互協(xié)商、協(xié)調(diào)和協(xié)作才能完成共同的任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)全局目標(biāo)。MAS以其適應(yīng)環(huán)境的動態(tài)自組織

5、能力和開放式的根底構(gòu)造而在許多領(lǐng)域受到重視。 3.1 系統(tǒng)構(gòu)架及特點(diǎn) 圖1 傳感器管理系統(tǒng)（SMGS）的任務(wù)流程與外部接口關(guān)系 決策過程分布在網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點(diǎn)中，這種策略允許發(fā)揮各傳感器節(jié)點(diǎn)自身的管理潛能（局部管理器對其自身的傳感器任務(wù)開展決策）; 全局系統(tǒng)任務(wù)管理器僅需對所屬傳感器提出任務(wù)要求，然后對系統(tǒng)任務(wù)的完成情況（性能指標(biāo)）開展監(jiān)控，不需對傳感器開展具體的管理;特別值得強(qiáng)調(diào)的是，由于傳感器Agent的設(shè)置，使傳感器具有高度的自主性及與設(shè)備無關(guān)性（傳感器與融合節(jié)點(diǎn)之間以及傳感器之間的信息交換可通過基于標(biāo)準(zhǔn)化的請求/響應(yīng)查詢語言及情報(bào)數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)），這為傳感器的機(jī)動組網(wǎng)創(chuàng)造了有利條件; 系統(tǒng)中

6、的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于一個(gè)物理實(shí)體或決策實(shí)體,它們之間通過消息開展協(xié)調(diào)，系統(tǒng)容易構(gòu)造; 采用基于多Agent的系統(tǒng)，決策者在模型系統(tǒng)上所作的決策能夠很快在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn); 一般的模擬方法只能*估事先設(shè)定好的決策方案的效果，而不能建議產(chǎn)生新的方案，即只能答復(fù)“what-if”的問題，而不能答復(fù)“whats best”，多Agent系統(tǒng)為答復(fù)“whats best”問題提供了可能性。 3.2 多Agent的SMGS模型中各Agent的運(yùn)行機(jī)制 融合Agent：為目標(biāo)、傳感器配對提供目標(biāo)狀態(tài)、屬性信息。對各傳感器發(fā)送來的所有相關(guān)信息開展數(shù)據(jù)融合;確定在下一個(gè)傳感器管理周期各傳感器代理需完成的系統(tǒng)

7、任務(wù)及其全局性能指標(biāo);對系統(tǒng)任務(wù)的性能指標(biāo)開展監(jiān)控，以便確認(rèn)所要求的性能指標(biāo)是否到達(dá)。 傳感器Agent：獲取目標(biāo)和傳感器數(shù)據(jù);對經(jīng)協(xié)商后分配的傳感器任務(wù)開展管理;對與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通訊開展控制。 圖2傳感器Agent的構(gòu)造 任務(wù)執(zhí)行層的功能取決于傳感器的類型及其完成傳感器任務(wù)的能力。 任務(wù)規(guī)劃層負(fù)責(zé)確定在下一個(gè)管理周期傳感器需完成的任務(wù)集，并能對融合中心或其他代理發(fā)送來的信息以及操作員提供的信息開展處理獲取環(huán)境態(tài)勢知識，在此根底上確定各任務(wù)所對應(yīng)的優(yōu)先級。 Agent內(nèi)部規(guī)劃層和執(zhí)行層之間的信息傳送由通訊層負(fù)責(zé)，該層同時(shí)也支持分布式?jīng)Q策中的協(xié)商過程，它接收來自其它代理的執(zhí)行請求、通知或結(jié)

8、果信息。協(xié)商過程要求能獲知傳感器完成某項(xiàng)任務(wù)的能力，通訊層通過規(guī)劃層可了解代理完成任務(wù)的現(xiàn)狀，一旦由其它代理建議的任務(wù)被承受，通訊層就會把經(jīng)協(xié)商確定的傳感器級性能指標(biāo)下傳到其它層。如果某項(xiàng)任務(wù)無法執(zhí)行，通訊層將要求的傳感器性能指標(biāo)與規(guī)劃層中的信息開展比較,確定應(yīng)該由其它Agent執(zhí)行的一組行為，或者將結(jié)果通知給其它Agent，只有那些能被Agent完成的任務(wù)才傳送到規(guī)劃層。 方案生成Agent：根據(jù)預(yù)先設(shè)置的各傳感器“特長”生成“傳感器”或“傳感器組”與任務(wù)的可選配對方案，給當(dāng)前監(jiān)測空間出現(xiàn)的某特定目標(biāo)，配對一個(gè)特定傳感器或傳感器組合對其開展進(jìn)一步檢測，以提供該目標(biāo)的信息。 方案優(yōu)化Agent

9、：按照任務(wù)需求優(yōu)選上述方案，形成目標(biāo)優(yōu)先級排序。 傳感器控制Agent：是一個(gè)轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)把傳感器分配方案轉(zhuǎn)換為傳感器可執(zhí)行的命令，同時(shí)還完成傳感器的模式選擇、參數(shù)選擇等具體操作。 任務(wù)規(guī)劃Agent：負(fù)責(zé)具體的傳感器任務(wù)分配。 依據(jù)以上幾方面提供的依據(jù)，形成傳感器管理方案，直接對傳感器配置開展調(diào)節(jié)。因此，基于Agent的傳感器管理系統(tǒng)對形成數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的閉環(huán)控制模式起著反應(yīng)調(diào)節(jié)作用，增加了系統(tǒng)的魯棒性。 4 多Agent間的協(xié)調(diào)機(jī)制 SMGS強(qiáng)調(diào)各個(gè)實(shí)體間的協(xié)同工作，因此是否能夠協(xié)調(diào)地完成預(yù)定任務(wù)，是多系統(tǒng)應(yīng)用于的關(guān)鍵問題之一。Agent之間的協(xié)調(diào)機(jī)制可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，通訊是各獲取信息以

10、開展協(xié)商與協(xié)調(diào)必不可少的手段。我們研究重點(diǎn)是基KQML（Knowledge Query and Manipulation Language）的Agent通訊與協(xié)調(diào)機(jī)制在SMGS系統(tǒng)中的應(yīng)用。 4.1 KQML語言 對于Agent中的任何一種協(xié)作，方法和語言是不可或缺的?，F(xiàn)在通訊語言有了很大的發(fā)展。這些語言定義了語法和語義用于Agent間的通訊。KQML是一種用于軟件間交換信息和知識的語言和協(xié)議，為消息的表達(dá)和處理提供了標(biāo)準(zhǔn)的格式。其主要優(yōu)點(diǎn)有: 具有靈活的構(gòu)造和良好的可擴(kuò)大性;獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制;獨(dú)立于內(nèi)容層表達(dá)語言;能夠滿足間信息傳遞的基本要求。 例如：主體A發(fā)送一個(gè)動作表達(dá)式到主體B： 4.2 通信服務(wù)器 在KQML中，不是所有的對話都是一種簡單的問題/答復(fù)處理模型。每個(gè)主體可以使用ask（x）登錄它的知識到通信服務(wù)器。一個(gè)主體使用代理言語行為尋找其它主體提供它所需要的信息。通信服務(wù)器接收到查詢就尋找具有適當(dāng)知識的主體。 圖3 通信服務(wù)器 SMGS系統(tǒng)中各開展協(xié)調(diào)時(shí)，各Agent對活動開展審查，若發(fā)現(xiàn)某個(gè)Agent活動在自身當(dāng)前條件下不能滿足，則向相關(guān)Agent發(fā)出協(xié)調(diào)請求，參與協(xié)調(diào)的Agent可以通過黑板方式或其他方式開展協(xié)商。 5 結(jié)束語 本文提出了一種新的傳感器管理方法，即基于多Agent技術(shù)的管理方法。通過上述方式構(gòu)造的傳感器管理系統(tǒng)利用了Age