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摘 要：本文提出了一種傳感器管理系統框架，給出了基于多Agent的解決方案。該結構通過(guò)多個(gè)Agent間的相互協(xié)商來(lái)實(shí)現傳感器任務(wù)的分配，較好地克服了在融合中心存在的缺陷。并在此基礎上著(zhù)重探討各Agent之間的協(xié)調合作問(wèn)題，實(shí)現了基于KQML語(yǔ)言的各Agent之間的協(xié)調機制。 1 引 言 多傳感器系統能從不同的角度和視野獲取其觀(guān)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(lái)越廣泛的重視。為適應現代戰場(chǎng)變化，獲得最佳的作戰效果，許多研究人員開(kāi)始把注意力放在對傳感器資源進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)管理的研究上，充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的效能。與此同時(shí)，隨著(zhù)指揮自動(dòng)化建設的不斷前進(jìn)和更新，越來(lái)越多的遺留系統擺在研究人員的面前，如何合理利用這些遺留系統也是科研人員需要解決的一個(gè)問(wèn)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進(jìn)行通信和合作。 2 傳感器管理現狀 傳感器管理的核心問(wèn)題就是依據一定的最優(yōu)準則，確定目標選擇何種傳感器以及該傳感器的工作方式及參數。傳感器管理系統（SMGS）的任務(wù)就是利用有限的傳感器資源，滿(mǎn)足對多個(gè)目標和掃描空間的要求，以得到各具體特性的最優(yōu)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），以最優(yōu)準則對傳感器資源進(jìn)行合理分配，選擇傳感器的工作方式和工作參數。目前的傳感器管理的結構則分為集中式和分布式。 2.1集中式管理結構 在集中式管理結構中，由融合中心向所有的傳感器發(fā)送其需要執行的任務(wù)和完成該任務(wù)的參數集或運行模式。其缺點(diǎn)是融合中心難以對各個(gè)傳感器的負載情況做出實(shí)時(shí)的*估，在多任務(wù)時(shí)會(huì )造成負載不均衡，甚至會(huì )造成個(gè)別傳感器嚴重過(guò)載而無(wú)法完成任務(wù)，另外，當傳感器數目增多時(shí)，融合中心的計算量會(huì )急劇上升，通訊量也會(huì )大大增加。 2.2分布式管理結構 在分布式管理結構中，將管理功能分布在系統的不同位置或不同傳感器中。其不足是信息冗余會(huì )帶來(lái)嚴重問(wèn)題，此外，如果沒(méi)有一套公共的通訊設施，網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)之間的數據交換只能?chē)栏癜炊说蕉说姆绞竭M(jìn)行，發(fā)送端與接收端之間的延時(shí)會(huì )產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò )中不同部件的全局狀態(tài)出現瞬間的不一致，從而導致系統整體性能的下降。任務(wù)沖突和競爭使任務(wù)協(xié)調變得更加復雜。 3 基于多Agent的傳感器管理系統 Agent是來(lái)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、行為和知識，能在不確定性環(huán)境中，根據自身能力、狀態(tài)、資源、相關(guān)知識以及外部環(huán)境信息，通過(guò)規劃、推理和決策實(shí)現問(wèn)題求解，并進(jìn)行相應的活動(dòng)，自主地完成特定任務(wù)并達到某一目標的實(shí)體。 多Agent系統（MAS）是一組為實(shí)現某一全局目標，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )或計算機網(wǎng)絡(luò )相互連接起來(lái)的系統。其中的各Agent必須相互協(xié)商、協(xié)調和協(xié)作才能完成共同的任務(wù)，以實(shí)現全局目標。MAS以其適應環(huán)境的動(dòng)態(tài)自組織能力和開(kāi)放式的基礎結構而在許多領(lǐng)域受到重視。 3.1 系統構架及特點(diǎn) 圖1 傳感器管理系統（SMGS）的任務(wù)流程與外部接口關(guān)系 ⑴決策過(guò)程分布在網(wǎng)絡(luò )上的各節點(diǎn)中，這種策略允許發(fā)揮各傳感器節點(diǎn)自身的管理潛能（局部管理器對其自身的傳感器任務(wù)進(jìn)行決策）; ⑵全局系統任務(wù)管理器僅需對所屬傳感器提出任務(wù)要求，然后對系統任務(wù)的完成情況（性能指標）進(jìn)行監控，不需對傳感器進(jìn)行具體的管理;特別值得強調的是，由于傳感器Agent的設置，使傳感器具有高度的自主性及與設備無(wú)關(guān)性（傳感器與融合節點(diǎn)之間以及傳感器之間的信息交換可通過(guò)基于標準化的請求/響應查詢(xún)語(yǔ)言及情報數據鏈實(shí)現），這為傳感器的機動(dòng)組網(wǎng)創(chuàng )造了有利條件; ⑶系統中的每個(gè)節點(diǎn)對應于一個(gè)物理實(shí)體或決策實(shí)體,它們之間通過(guò)消息進(jìn)行協(xié)調，系統容易構造; ⑷采用基于多Agent的系統，決策者在模型系統上所作的決策能夠很快在實(shí)際運行中實(shí)現，易于實(shí)現; ⑸一般的模擬方法只能*估事先設定好的決策方案的效果，而不能建議產(chǎn)生新的方案，即只能回答“what-if”的問(wèn)題，而不能回答“what’s best”，多Agent系統為回答“what’s best”問(wèn)題提供了可能性。 3.2 多Agent的SMGS模型中各Agent的運行機制 ⑴融合Agent：為目標、傳感器配對提供目標狀態(tài)、屬性信息。對各傳感器發(fā)送來(lái)的所有相關(guān)信息進(jìn)行數據融合;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任務(wù)及其全局性能指標;對系統任務(wù)的性能指標進(jìn)行監控，以便確認所要求的性能指標是否達到。 ⑵傳感器Agent：獲取目標和傳感器數據;對經(jīng)協(xié)商后分配的傳感器任務(wù)進(jìn)行管理;對與其他網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的數據通訊進(jìn)行控制。 圖2傳感器Agent的結構 任務(wù)執行層的功能取決于傳感器的類(lèi)型及其完成傳感器任務(wù)的能力。 任務(wù)規劃層負責確定在下一個(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(lái)的信息以及操作員提供的信息進(jìn)行處理獲取環(huán)境態(tài)勢知識，在此基礎上確定各任務(wù)所對應的優(yōu)先級。 Agent內部規劃層和執行層之間的信息傳送由通訊層負責，該層同時(shí)也支持分布式?jīng)Q策中的協(xié)商過(guò)程，它接收來(lái)自其它代理的執行請求、通知或結果信息。協(xié)商過(guò)程要求能獲知傳感器完成某項任務(wù)的能力，通訊層通過(guò)規劃層可了解代理完成任務(wù)的現狀，一旦由其它代理建議的任務(wù)被接受，通訊層就會(huì )把經(jīng)協(xié)商確定的傳感器級性能指標下傳到其它層。如果某項任務(wù)無(wú)法執行，通訊層將要求的傳感器性能指標與規劃層中的信息進(jìn)行比較,確定應該由其它Agent執行的一組行為，或者將結果通知給其它Agent，只有那些能被Agent完成的任務(wù)才傳送到規劃層。 ⑶方案生成Agent：根據預先設置的各傳感器“特長(cháng)”生成“傳感器”或“傳感器組”與任務(wù)的可選配對方案，給當前監測空間出現的某特定目標，配對一個(gè)特定傳感器或傳感器組合對其進(jìn)行進(jìn)一步檢測，以提供該目標的信息。 ⑷方案優(yōu)化Agent：按照任務(wù)需求優(yōu)選上述方案，形成目標優(yōu)先級排序。 ⑸傳感器控制Agent：是一個(gè)轉換模塊，負責把傳感器分配方案轉換為傳感器可執行的命令，同時(shí)還完成傳感器的模式選擇、參數選擇等具體操作。 ⑹任務(wù)規劃Agent：負責具體的傳感器任務(wù)分配。 依據以上幾方面提供的依據，形成傳感器管理方案，直接對傳感器配置進(jìn)行調節。因此，基于A(yíng)gent的傳感器管理系統對形成數據融合系統的閉環(huán)控制模式起著(zhù)反饋調節作用，增加了系統的魯棒性。 4 多Agent間的協(xié)調機制 SMGS強調各個(gè)實(shí)體間的協(xié)同工作，因此是否能夠協(xié)調地完成預定任務(wù)，是多系統應用于的關(guān)鍵問(wèn)題之一。Agent之間的協(xié)調機制可以用多種方法實(shí)現，通訊是各獲取信息以進(jìn)行協(xié)商與協(xié)調必不可少的手段。我們研究重點(diǎn)是基KQML（Knowledge Query and Manipulation Language）的Agent通訊與協(xié)調機制在SMGS系統中的應用。 4.1 KQML語(yǔ)言 對于A(yíng)gent中的任何一種協(xié)作，方法和語(yǔ)言是不可或缺的�，F在通訊語(yǔ)言有了很大的發(fā)展。這些語(yǔ)言定義了語(yǔ)法和語(yǔ)義用于A(yíng)gent間的通訊。KQML是一種用于軟件間交換信息和知識的語(yǔ)言和協(xié)議，為消息的表達和處理提供了標準的格式。其主要優(yōu)點(diǎn)有: ⑴具有靈活的結構和良好的可擴充性;⑵獨立于網(wǎng)絡(luò )傳輸機制;⑶獨立于內容層表達語(yǔ)言;⑷能夠滿(mǎn)足間信息傳遞的基本要求。 例如：主體A發(fā)送一個(gè)動(dòng)作表達式到主體B： 4.2 通信服務(wù)器 在KQML中，不是所有的對話(huà)都是一種簡(jiǎn)單的問(wèn)題/回答處理模型。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(yǔ)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(xún)就尋找具有適當知識的主體。 圖3 通信服務(wù)器 SMGS系統中各進(jìn)行協(xié)調時(shí)，各Agent對活動(dòng)進(jìn)行審查，若發(fā)現某個(gè)Agent活動(dòng)在自身當前條件下不能滿(mǎn)足，則向相關(guān)Agent發(fā)出協(xié)調請求，參與協(xié)調的Agent可以通過(guò)黑板方式或其他方式進(jìn)行協(xié)商。 5 結束語(yǔ) 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(guò)上述方式構造的傳感器管理系統利用了Agent基于知識表示及協(xié)調求解能力，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、系統運行高效、所需環(huán)境要求低等特點(diǎn)。充分發(fā)揮了傳感器自身的決策能力，減少決策過(guò)程對融合中心的依賴(lài)，提高了整個(gè)傳感器監視網(wǎng)絡(luò )的生存能力。下一步還應針對不同的需求進(jìn)行廣泛的仿真實(shí)驗以分析各種管理策略的性能，并對規則庫進(jìn)行修改和調整，在實(shí)際應用中對不同情況區別對待，充分利用系統資源，提高系統運作效率。 |
