（控制理论与控制工程专业论文）基于mas的家居能量系统的agent实现及其智能管理.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着社会信息化的加快，人们的工作、生活与通讯、信息的关系日益紧密。 信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的家居提出了挑战。 人们对家居的要求就不再只是物理空间，更为关注的是一个智能、安全、方便、 舒适的居家环境。智能家居已经成为当今一个重要的新兴行业。 目前，大部分的家居设备都是独立工作，形成了孤立的自动化孤岛，不仅造 成了大量能源的浪费，而且降低了家居自动化的功能水平。所以，本文将基于m a s 技术构建智能家居系统其中之一的家居能量应用集成系统，使得家居能量设备在 得到智能控制的同时，还能达到节能的目的。 论文在分析现有家居能量设备集中控制解决方案不足的基础上，结合多a g e n t 技术，建立了基于m a s 的家居能量系统模型m a e s ( m u l t i a g e n t - b a s e dh o m ee n e r g y s y s t e m ) ，并给出了模型的主要组成结构。作为人工智能成果之一的智能a g e n t 技术 已逐渐被中外学者引入并成为探讨家居智能化的新方向。a g e n t 的原意是代理”或 “中介”的意思，也被称为“智能主体或者“智能代理”，它是一种能够模拟人类行为， 具备代理性、智能性并能提供相应服务的计算实体。将具有不同目标的多个a g e n t 进行合理的组合，即构成了多a g e n t 系统( m u l t i - a g e n ts y s t e m ，m a s ) 。m a s 作 为分布式人工智能的典型应用，具有按需协作、松散耦合的运行方式，这些特点 与智能家居系统的需求完全吻合。论文根据家居能量系统的m a e s 模型，归纳出模 型中的各种类型的a g e n t ，设计出各种a g e n t 的功能、结构模型和实现方式，并且以 温度控制a g e n t 为例来说明了模型的实现方法是可行的。 论文重点研究了家居能量系统模型中的多a g e n 逋信与学习的问题。首先系统 地研究了现有的多a g e n t j 通信方式和通信语言，并在此基础上，结合家居环境的实 际情况，提出了基于通信服务器模式的多a g e n t 通信模型。然后深入地研究t a g e n t 学习问题，在家居能量系统中，对某些具有特殊功能的a g e n t s 曾加其学习能力，将 会使系统的性能得到更好的改善，于是本文提出了一种基于长期得益的多a g e n t l # ) 作学习算法。该算法将长期得益的估计值作为动作的选择策略，最大的估计值相 对应的动作既是当前最好的动作。由于该算法使得每个a g e n t 都要考虑后继状态和 动作得益，并采用联合动作的长期得益作为学习的线索，所以更有利于寻找最优 联合动作策略。本文将该算法应用在燃气热水器的恒温系统中，仿真实验结果表 明：该算法使学习过程建立在较好的学习基础上，从而更快地趋近于最优状态， 达到快速恒温的目的，同时也达到了节约能量的目的。 基于m a s 技术的家居能量系统的研究，有利于智能家居系统的分析与实现， 重庆大学硕士学位论文 中文摘要 可以较好的解决智能家居* o p 插即用的问题，同时也有利于降低家庭组网的成本， 有助于加快智能家居标准的制定。 关键词：智能家居，a g e n t ，m a s ，能量，强化学习 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t a l o n gw i t hs o c i a li n f o r m a t i o n sf a s td e v e l o p m e n t , p e o p l e sw o r ka n dl i f ec o n n e c t w i t hc o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o nc l o s ei n c r e a s i n g l y i n f o r m a t i o ns o c i e t yc h a n g e s p e o p l e sl i f es t y l ea n dw o r k i n gc u s t o m , 缸t h es 锄et i m ea l s oc h a l l e n g e sc o n v e n t i o n a l h o m e p e o p l e sc o n c e p tc h a n g e s al o ta l o n gw i t ht h ep r o g r e s so f s o c i e t y , t e c h n o l o g ya n d e c o n o m y a n dt h e n , p e o p l e sr e q u i r e m e n to fh o m ei sp h y s i c a ls p a c en ol o n g e r , b u ta n i n t e l l i g e n t , s a f e , c o n v e n i e n ta n dc o m f o r t a b l eh o m ei se v e nm o r ea t t e n t i v e i no r d e rt o s a t i s f yt h ed e m a n d , t h ec o n c e p t i o no fi n t e l l i g e n c ei sb r o u g h ti nh o m e t h e r e f o r e , t h e c o n c e p t i o no fi n t c m g e n th o m ei sg e n e r a t e d i n t e l l i g e n th o m ec a nb ed e f i n e dt h a tt a k e s d w e l l i n gh o u s e 船f l a tr o o f , c o m b i n e sa r c h i t e c t u r e ，n e t w o r kc o m m u n i c a t i o n s ，e q u i p m e n t a u t o m a t i z a t i o na n di n f o r m a t i o nh e i n ee l e c t r i c a le q u i p m e n t , i n t e g r a t e ss y s t e m , s t r i c t u r e , s e r v i c ea n ds u p e r v i s i o n , r e a l i z e sh a b i t a t i o nw h i c hi sh i g h l ya c t i v e , c o m f o r t a b l e ，s a f e , c o n v e n i e n t , p r o p i t i o u se n v i r o n m e n ta n d 刚ee n e r g ya n dr e c r e a t i o n a lr o h o t i c i z e d s y $ t e m i n t e l l i g e n ta g e n tt e c h n o l o g ya so n eo fa r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ef r u i t si sg r a d l l a l l y i n t r o d u c e db ys c h o l a r si nc h i n aa n df o r e i g nc o u n t f i e sa n db e 。0 m e san e wd i r e c t i o no f d i s c u s s i n gh o m ei n t e l l i g e n t i z e d t h eo r i g i n a li n t e n t i o no fa g e n ti s s u r r o g a t e o r i n s t r u m e n t , a n da g e n tg o e sb yt h en a n l eo f i n t e l l i g e n tm a i nb l o c k o r i n t e l l i g e n t s t m _ o g a t e , i ti sas o r to fc o m p u t i n ge n t i t yw h i c hc a nf i m d a t eh u m a nb e i n g sb e h a v i o r , h a sv i c e g e r e n tp r o p e r t y , i n t e l l i g e n tp r o p e r t y , a n di sa b l et op r o v i d ec o r r e s p o n d i n g s e r v i c e m u l t i - a g e n t sw h i c hh a v ed i f f e r e n ta i m s 躺c o m b i n e dr a t i o n a l l y , t h a ti st os a y , m u f t i - a g e n ts y s t e m ( m a s ) 黜f o r m e d m a sa st h et y p i c a la p p l i a n c eo fd i s t r i b u t e d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e , h a st h em o d eo fo p e r a t i o nw h i c hn e c d sc o o p e r a t i o na c c o r d i n gt 0 r e q u i r e , i n c o m p a c tc o u p l i n g , t h e s et r a i t sa c c o r d 砸也t h ed e m a n do f t h ei n t e l l i g e n th o m e s y s t e mc o m p l e t e l y t h e r e f o r e , i nt h et h e s i s ，h o m ee n e r g ya p p l i a n c ei n t e g r a t i o ns y s t e m a so l l oo fi n t e l l i g e n th o m es y s t e mi sb u i l to nb a s eo fm a st e c h n o l o g y h o m ee n a r g y e q u i p m e n tn o to n l yo b t a i n si n t e l l i g e n tc o n t r o lb u ta l s oc a ng a i nt h ee n d so fs a v i n g e n e r g y i nt h et h e s i s ，t h ed e f i c i e n c yo f c u r r e n th o m e e n g r g ye q u i p m e n tc e n m d i z e dc o n t r o l s s e t t l i n gs c h e m e i sa n a l y z e d m u l t i - a g e n t - b a s e dh o m e e n e r g ys y s t e m ( m a e s ) a l eb u i l t c o m b i n i n gm u l t i - a g e n tt e c h n o l o g y , a n dt h ep r u m r yc o m p o s i n gs h u a c u r eo ft h em o d e l i sg i v e 礼a tt h e $ a m el i m e , d i v e r s i f i e da g e n t so ft h em o d e la l ec o n c l u d e d , a n dt h e m 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 f u n c t i o n , s t r u o ：u r a lm o d e la n di m p l e m e n t a t i o nm o d eo f d i v e r s i f i e da g e n t sa r ed e s i g n e d i nt h i st h e s i s ，t h ep r o b l e m so f m u l t i - a g e n tc o m m u n i c a t i o n sa n dl e a r n i n gi nh o m e e n e r g ys y s t e ma se m p h a s e sa r es t u d i e d e x i s t i n gm d f i - a g e n tc o m m u n i c a t i o nm o d e a n dc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g ea r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l y 丘r s to fa 1 1 a n do nb a s eo fi t , c o m b i n i n gt h ep r a c t i c a ls i t u a t i o no fh o m ee n v i r o n m e n t , m u l t i - a g e n tc o m m u n i c a t i o n m o d e lb a s e do nc o m m u n i c a t i o ns e r v e rm o d ea r ep u tf o r w a r d a n dt h e n , a g e n tl e a r n i n g p r o b l e m sa r es t u d i e dd e e p l y i nt h eh o m ee n e r g ys y s t e m ，t h el e a r n i n gc a p a c i t yo fs o m e a g e n t sw h i c hh a v es p e c i a lf u n c t i o n si si n c r e a s e d , a n dt h ep e r f o r m a n c eo ft h es y s t e m w i l lb ei m p r o v e d a n dt h e n , as o r to f m u l t i - a g e n tc o o p e r a t i o nl e a r n i n ga r i t h m e t i cb a s e d o nl o n g - t e r mb e n e f i ti sp u tf o r w a r d t h i sa r i t h m e t i c t a k e sl o n g - t e r mb e n e f i c i a le s t i m a t e d v a l u ea sb e h a v i o r a ls e l e c t i v ep o l i c y t h eb e h a v i o rc o r r e s p o n d i n gt om a x i m a le s t i m a t e d v a l u ei st h eb e s to n ec u r r e n t l y b e c a u s et h i sa r i t h m e t i cn l a k e se v e r ya g e n tc o n s i d e r s e q u e n t i a le s t a t ea n db e h a v i o r a lg a i n ，a n dt a k et h el o n g - t e r mg a i no ft e a mw o r k 勰 l e a r n i n gc l u e , t h eb e s te x c e l l e n tt e a mw o r kp o l i c yi sm o r ep r o p i t i o u st ob es e a r c h e d i n t h i st h e s i s ，t h i sa r i t h m e t i ci sa p p l i e dt ot h ec e n s t a n tt e m p e r a t u r es y s t e mo f w a t e rh e a t e r t h er e s u l t so ft h es i m u l a t i o ne x p e r i m e n ti n d i c a t et h a tt h i sa r i t h m e t i cm a k e sl e a r n i n g p r o c e s sb u i l d0 1 1t h eb o r e rl e a r n i n gf o u n d a t i o n , c o n s e q u e n t l ya p p r o a c ht h eb e s t e x c e l l e n te s t a t em u c hm o r es w i f t l y , a n dl m h i c v et h ea i mo f q w c kc o n s t a n tt e m p e r a t u r e t h es t u d y0 1 1h o m ee n e r g ys y s t e mb a s e do nm a st e c h n o l o g yb e n e f i t st h ea n a l y s i s a n dr e a l i z a t i o no fi n t e l l i g e n th o m es y s t e m , o a ns e t t l et h ep r o b l e m so fp l u ga n dp l a yi n i n t e l l i g e n th o m e , a tt h es a m et i m ei su s e f u lt or e d u c et h ec o s to fh o m eg r o u pn e t w o r l ( ， a n dh e l pt oq u i c k e n i n gt h ee s t a b l i s h m e n to f i n t e l l i g e n th o m e ss t a n d a r d s k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n th o m e ，a g e n t , m a s ，e n e r g y , i n t e n s i f i e ds t u d y i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重麽太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：剖编签字日期：力7 年多月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重麽太堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重麽太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名：撕伯 导师签名：黼橱 签字日期：川年易月莎日 签字日期：力口口7 年多月二日 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 绪论 1 1 智能家居概述 1 1 1 智能家居的出现 网络、信息技术的高速发展给整个社会带来了巨大变化，以信息为纽带实现 人、家电设备以及社会的融通，是人们对舒适、方便生活方式的追求，也是社会 发展的必然。为了适应信息化时代的要求，在家居方面，世界上一些科研机构已 经将智能大厦的概念和模式引进智能小区，并进一步引进家庭，由此产生了智能 家居这一概念。家庭是社会的细胞，只有家庭实现信息化，才能真正实现社会的 信息化，才可能建立一个名副其实的信息社会。实现家庭信息化，建立完善的智 能家居系统则是必由之路。 智能家居是指将各种信息设备和住宅设备通过家庭网络连接起来，并保持这 些设备与住宅的协调，从而构筑成舒适安全的信息化居住空间，以便于实现在信 息社会中富有创造性的生活。智能家居旨在提供安全、舒适、方便的居住环境， 满足人们在家中生活、工作、娱乐和交流的需要，提供安全防护、社区管理和人 们外出时了解家居状况的手段【l 】。 智能家居主要实现的功能可大致归纳为六类： 安防及消防报警自动化； 家电设施智能化； 物业管理自动化； 信息和通讯自动化； 各设备之间的协同工作； 环境与节能，即家居能量系统的智能控制。 1 1 2 国内外发展状况 随着人们对生活质量、居住条件、信息获取的需求更加迫切，家居信息化成 为社会信息化过程中的一个很重要环节。信息社会是一个极度广泛的概念，一般 说来，信息社会主要包括三个内容，即办公信息化、家庭信息化、公共设施信息 化。目前，办公信息化和公共设施信息化已经受到各方面的极大重视，而且已经 在一定深度和广度上加以实施。相对于办公信息化和公共设施的信息化，家居信 息化还处于滞后状态。近年来，世界上不少有识之士已意识到家庭信息化的重要 性，把发展家庭信息化作为一个极其重要的方向来考虑。要实现家庭信息化，建 立完善的智能家居系统则是必由之路。 智能家居系统在发达国家起步较早，始于2 0 世纪8 0 年代，某智能化住宅小 重庆大学硕士学位论文1 绪论 区装备有各种通信、家电、安保等设施，通过总线技术应用计算机和信息技术， 实现监视、控制与管理等智能功能。自此之后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚 和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。目前，全球最 大的智能化住宅群位于美国，其占地3 3 5 9 公顷，约由8 0 0 0 栋小别墅组成，每栋 别墅设置有1 6 个信息点，仅综合布线造价就达2 2 0 0 万美元。日本幕张也建有一 个类似的高标准示范性住宅小区。在新加坡、欧洲和台湾地区等，也都建有不少 应用智能化系统的住宅小区【“】。 美国、日本都已对住宅小区智能化系统制定了技术标准，而一些发达国家已 把应用于智能化居住小区的基础产品形成系列，相当一部分产品已经通过了国际 质量认证，在国际市场上占据优势。目前市场上已出现的智能信息家电和智能家 居类的产品主要有： n e y w e l l 公司的智能家庭产品； j d s 公司出品的s t a r g a t e 家居自动化系统； h a l 公司出品的n i 智能家居系统； h a l 公司出品的a l d e l u x e 智能家居系统； v a n t a g e 公司的家居自动化系统。 我国智能家居的发展始于上个世纪9 0 年代末，由建设部住宅产业中心颁布的 全国智能化住宅小区系统示范工程建设要点与技术导则( 试行稿) 带动和促进 了我国智能化住宅小区的建设 7 1 。目前，我国的智能化住宅小区还仅建于经济较为 发达的地区，如大部分省会城市和直辖市以及经济较为发达的沿海大中城市等。 随着时间的推移，随着技术的发展，随着人们生活水平的提高，智能化住宅小区 将会逐渐扩展，在一些中小城市，也将建成一大批智能化住宅小区，甚至将小区 扩大为一个智能化社区或城市。 自2 0 0 0 年以来，国内一些企业开始研究网络家电，并且相继推出了自己的产 品。但是，由于没有统一的技术标准，各厂家所用的技术差异较大。为此，原国 家经贸委、信息产业部及数家企业于2 0 0 0 年联合成立了工作组，讨论制定了一个 统一的技术标准家庭网络系统技术规范，2 0 0 3 年1 月中国家庭网络系统 技术规范已提交信息产业部，相关技术规范将进入标准制定流程。虽然我国智 能家居相关产品的研制相对于国外起步较晚，尚未形成一定的国家标准，但近几 年在政府的大力扶持下，国内很多公司和科研机构纷纷参与到家庭网络及信息家 电相关产品的研发工作中，并着手制定中国的家庭网络标准。 2 0 0 0 年1 2 月，中美科龙智能控制联合研发中心研制开发的觋代家居信息服 务及智能集散控制系统”问世，并在北京通过专家鉴定。该系统有效地集成了家电 控制、家电远程故障诊断维护和家庭娱乐等功能。 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 2 0 0 1 年，清华同方推出了“e - h o m e 数字家园”，e - h o m e 是清华同方为中国家 庭及社区提供的全方位数字化解决方案，着眼于最基本的社会单元家庭。 e - h o m e 包括三个层次：家庭自动化、小区智能化、社区信息化。其目标是实现人 们生活、工作的网络化。 2 0 0 1 年，在信息产业部的组织下，由国内海尔、长虹、春兰、上广电、小天 鹅、长信佳、厦新、阜国、清华同方、t c l 、中兴和中电科技集团三所1 2 家单位 组成“家庭网络平台接口标准组”，经过近三年的努力，借鉴和参考国际上现有的各 种智能互联标准，经过多次论证形成了标准并提交标准组进行讨论，目前大组中 的讨论还在继续。 2 0 0 3 年6 月，合肥工业大学分布式控制实验室承担的国家十五攻关项目 言息 家电及嵌入式组网技术研究通过省级鉴定。该项目对家庭网络互联的共性关键技 术进行了深入研究，提出的信息家电组网方案及智能家居的体系架构先进合理、 可行性好，研制的家居服务器和智能家居系统功能齐全、性价比高。 2 0 0 3 年7 月，以联想为首的5 家中国企业结成“闪联”。“闪联”的意图不在制 定标准本身，而是利用中国的市场和生产要素来提高中国企业在“数字家庭联盟” 标准制定中的地位。这说明在叫言息家电时代”的国际竞争中，中国企业已经从产品 竞争上升到标准竞争的层面【引。 1 2 智能代理技术概述 1 2 1 智能代理( a g e n t ) 智能代理( a g e n t ) 的概念起源于2 0 世纪7 0 年代，是一个新的研究和开发领域， 其内容涉及到人工智能、信息检索、计算机网络、数据库、数据挖掘、自然语言 处理等领域的理论和技术，主要是人工智能( a i ，a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 方面的研究。 随着计算机网络以及基于网络的分布式计算技术的发展，智能代理( a g e n t ) 技术研 究逐渐成为人工智能领域的一个新的研究热点，也成为分布式人工智能( d i s t r i b u t e d a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e , d a i ) 的重要研究方向【9 】。a g e n t 的原意是f 弋理”或“中介”的意 思，也被称为“智能主体”或者“智能代理”，由于a g e n t 在不同学科领域中应用时， 其结构形式、功能要求和内部特征上都存在着一定的差别，因此不同领域对a g e n t 的定义也有所不同。虽然关于a g e n t 至今仍未有统一的定义，但有一种观点得到 众多研究者的认可，即具有以下属性的硬件系统和计算机软件系统被称为a g e n t ： 自主性( a u t o n o m y ) ：a g e n t 可以在没有人或其它a g e n t 直接干预的情况 下运行，并且具备某种对自己的行为和内部状态控制的能力。 社交性( s o c i a b i l i t y ) ：a g e n t 和其它a g e n t 或者是人可以通过a g e n t 交互 语言进行交流。 3 重庆大学硕士学位论文l 绪论 反应性( r e a c t i v i t y ) ：a g e n t 观察其环境( 可能是物理世界、图形世界、一 系列其它a g e n t 等) ，并在一定的时间内做出反应，以改变该环境。 预动性( p r e - a e t i v e n e s s ) ：a g e n t 不仅能简单地对环境做出反应，而且能够 通过接受某些启示信息，体现出面向目标的行为。 在人工智能领域，研究者们更强调a g e n t 具有人类的特性，即a g e n t 除了包含 以上那四个特性外，还应该具有知识和信念、意图和义务这两个特性。知识 ( k n o w l e d g e ) 意味着a g e n t 不仅要具有动态收集信息的能力，而且可以对信息进行 推理，甚至可以按照特定的环境选择相应的推理策略；信念( b e l i e f s ) 是对当前事 实的看法，它随环境的变化而变化，并可与其它a g e n t 交互、共享。意图( i n t e n t i o n ) 反应了a g e n t 在整个生命周期内的长期目标，该目标将产生许多短期目标；义务 ( o b l i g a t i o n ) 体现了为了达到短期目标，a g e n t 将执行一些单独的任务，并负责 任务的完成，即完成一定的义务【肛”】。 实际上，对a g e n t 还可以列举出更多的特性，但目前还没有一个公认的一般 性准则来定义它。 1 2 2 多智能体系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ，m a s ) 所谓多智能体系统，是指由多个可计算的a g e n t 组成的集合。其中每个a g e n t 分别对其具有的不同目标、资源等进行合理的安排，以协调各自行为，最大程度 地实现各自的目标。从本质上讲，m _ a s 是一种典型的分布式系统，是由多个问题 求解实体组成，为求解一个单独实体不能完成的任务而共同工作的松散耦合问题 求解网络。 m a s 的数据和资源是分散的，每个a g e n t 对于所要完成的任务拥有不全面的 信息或能力，其执行任务的观念是局部的，不存在全局的控制系统，问题的求解 和计算异步进行。目前，对m a s 的研究主要是从宏观角度去研究，研究多个a g e n t 之间的相互协调和协作的原理以及实现的方式，包括在m a s 活动中各a g e n t 之间 的相互作用如何产生；每个a g e n t 成员的推理和行为决策如何考虑系统或环境中 其它a g e n t 的存在；a g e n t 成员的目标和行为之间可能的冲突检测与协调，以及任 务和资源的划分与分配等。 1 2 3 智能代理技术的研究内容与发展方向 智能代理技术最初应用于商业领域，随着通信技术和网络信息技术的迅速发 展，其特性和功能也不断地扩展，从软件工程到分布式系统，从多媒体技术到 i n t e m e t 技术，从经济决策到最优化等等，都取得了一定的成果【1 4 】。这些领域都采 用了m _ a s 的相关方法与技术，所以说对m a s 的研究已经成为各个领域的研究主 流。目前关于多a g e n t 系统的研究主要集中在如下几个方面： 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 a g e n t 模型 m a s 中的a g e n t 必须对其它a g e n t 进行建模，即如何在一定的抽象层次上描 述其它a g e n t 的知识。这是多a g e n t 推理和协作的基础。将a g e n t 视为具有意图的 智能系统，基于思维状态的a g e n t 建模成为研究的主流。借鉴人类思维建立a g e n t 的b d i 模型，进而向多a g e n t 扩展，分析社会承诺和联合意图等概念，研究多a g e n t 群体的b d i 模型。 a g e n t 的通信 这是实现a g e n t 问相互作用的基础，涉及到a g e n t 之间联系的物理方式、a g e n t 通信语言的理解和生成等。如果多a g e n t 系统是异质的，则如何将不同的知识表 示转换成相同的通信语言也是一个重要问题。 多a g e n t 间的协调与协作 多a g e n t 的协调是指具有不同目标的多个a g e n t 对其目标、资源等进行合理安 排，以协调各自行为，以一致、和谐的方式进行交互，最大程度的实现各自目标。 多a g e n t 协作是指多个a g e n t 通过协调各自行为，合作完成共同目标。 m a s 在成为当今各学科领域研究热点的同时，也逐渐从理论研究走向实际应 用，许多大型复杂的应用系统都采用了a g e n t 、m a s 的相关方法和技术，来解决 应用中的难点问题。今后，m a s 的研究将着重对m a s 中的通信和交互技术、体 系结构和组织形式、多a g e n t 间的协调与协作以及面向a g e n t 的程序设计方法等方 面进行研究。 1 3 论文的研究目的、内容和意义 近几年来，国内外研究机构和厂商已经意识到家庭信息化的重要性，把智能 家居作为一个极其重要的方向来考虑，并纷纷投入技术力量和资金对其进行研究 和产业化。但智能家居要真正进入市场，还有很多问题需要解决，其中系统集成 问题己成为人们研究的焦点。通过系统集成技术可以实现对家庭中多种信息的集 成与综合处理，达到高效的信息传递和完善合理的功能整合的目的。 本文着重探讨了智能家居应用集成系统之一的家居能量控制系统，该系统是 将普通家庭中一些独立自治但功能相近的能量设备集成，通过m a s 技术的组织和 管理方式建立的应用集成系统，它可以在满足家庭的日常生活、工作的需求下， 实现能量设备的节能运行。研究的主要内容有： 将独立运行的能量设备进行合理的集成，同时进行功能的合理整合，以构 建家居能量控制系统； 采用m a s 技术的思想、方法和体系构建一个家居能量系统的模型，并归 纳总结出模型中各个a g e n t 的特征与分类； 5 重庆大学硕士学位论文1 绪论 通过各个a g e n t 实现对不同功能单元的控制和管理，以达到能量设备节能 的目的； 通过各个a g e n t 之间的通信与合作实现系统整体的有机融合，以提高系统 的整体性和有序性； 利用a g e n t 的自学习能力提高a g e n t 的功能，以优化系统的性能，实现更 有效的设备节能与运行节能。 家居能量系统的建立为智能家居应用集成系统的实现奠定了基础，家居能量 系统除了将能量设备合理的集成，更重要的一点是实现了能量设备有效的节能。 并且，不断发展和完善的m a s 技术也为实现家居能量系统的控制和管理提供了可 能性，它松散耦合的特性对处于复杂变化之中的家居环境具有重要意义。同时， 通过对家居能量系统的研究，对加快智能家居的发展也有着重大的推动作用。 基于m a s 的家居能量系统的研究意义具体如下： 利用m a s 技术的思想方法和体系，有利于对家居环境进行系统分析。 家居能量设备众多，因此如何选择一个合适的技术框架显得尤为重要。将家 居环境中的各个设备和服务均抽象成各种a g e n t ，可以在逻辑上将整个家居能量系 统简化成一个多a g e n t 系统，这样就可以利用m a s 技术的思想、方法和体系来对 整个家庭能量系统进行建模，构建一个基于多a g e n t 系统的家居能量系统模型。 利用a g e n t 技术可以较好的解决家居环境中即插即用的问题。 家居网络中设备的即插即用是一个急待解决的问题。在多a g e n t 系统中，针 对各个a g e n t 动态加入、工作、退出等问题均有一套较为成熟的方案，各个a g e n t 可以自由迁移，动态加入、离开系统。将家居能量系统抽象成多a g e n t 系统，在 实现家庭设备即插即用上有着较明显的技术优势。 利用a g e n t 技术有利于降低家庭组网的成本。 如何以尽量低的成本将能量设备纳入到家居能量的体系中是制约家居能量系 统发展的一个主要障碍。利用a g e n t 技术设计资源受限设备的设备a g e n t ，由设备 a g e n t 将该设备所提供的服务以及需求迁移到资源充裕的设备，可以方便地实现能 量设备的低成本组网，这种方式称为服务上迁。通过服务上迁，能量设备的硬件 成本不需要很大的增加，这就有效地降低了家庭组网成本。 a g e n t 技术在家居能量系统中的应用有助于加快家庭网络标准的制定。 家居环境的复杂性和特殊性决定了家居能量系统是一个多种组网方式相混合 的系统。可以预见，未来还会出现更多的家庭网络标准和技术。为了解决统一标 准和混合组网之间的问题，未来的家庭网络标准必须具有开放性，也就是不仅能 够集成现有的网络协议，而且能够集成未来的网络协议。多a g e n t 系统本身具有 开放性，每个a g e n t 只要满足多a g e n t 系统所需的结构，就可以和其他a g e n t 按照 6 重庆大学硕士学位论文1 绪论 统一的通信语言进行通信和协同工作。因此，在基于多a g e n t 系统的家居能量系 统中，任何能量设备厂商只要遵循多a g e n t 系统的框架，生产的设备就能以私有 的协议接入到家居能量系统中，为家庭网络统一标准的制定提供良好的技术准备。 7 重庆大学硕士学位论文 2 家居能量控制系统 2 家居能量控制系统 2 1 家居能量控制系统的概念 随着进入家庭的家电产品越来越多，家电产品的单体独立控制日益不便，不 仅浪费了能源，而且降低了各种功能的性价比。于是，为了提高家居生活的便利 性与经济性，实现集成控制的同时还要实现节能的目的。因此，根据当前家庭状 况( 家庭环境、时间、住户活动状态等) ，为能够自动协调和控制各家电设备的工 作，即引入家居能量控制系统的概念。 家居能量控制系统是指将家庭中独立自治但功能相近的能量设备进行有机的 整合，并通过m a s 技术建立的使设备既能满足人们日常生活的需要，同时又能有 效节能的一个应用集成系统。 2 2 家居能量控制系统的集成 家居能量设备的种类有很多，普通家庭都会有的家电设备比如：空调、热水 器、灯具等等，都可以算作是能量设备，将这些能量设备统统集成到家居能量控 制系统当中，实现对设备的智能控制与合理节能。根据家居能量设备自身功能与 提供服务的种类不同，可以将集成进来的能量设备划分为不同的予系统，分别是： 照明控制子系统、居室环境控制子系统、厨房设备控制子系统等，如图2 1 所示： r 家居能量控制系统 智 能 家 居厨 _ 各 届 照 室房类 其 ，l 一 明环 设 能 他 、叫 控 境备量 控 制 控控 设 制 子制制 备 系 系 子子 斗 统 统 系系 统统 图2 1 家居能量控制系统的集成 f i g 2 1h o m ee n e r g yc o n t r o l8 y f l 暗mi n t e g r a a o n 照明控制子系统是对室内的照明系统进行集中控制，实现住宅灯光的个性控 制，一方面住户可以通过控制器方便地管理任一电灯，如遥控其他房间里的电灯， 8 重庆大学硕士学位论文 2 家居能量控制系统 而不用起身操作；另一方面根据住户的活动和住宅光线的状态，自动进行照明系 统的调整。 居室环境控制子系统是指一方面接收住户的指令开关空调和窗帘等环境控制 设备；另一方面根据预设的环境控制条件，自动启停环境控制设备。如根据设定 的温湿度自动启停空调系统，根据室内光线的强弱自动开关窗帘等。 厨房设备控制予系统包括3 方面的内容：一是根据住户的指令开关相应的厨 房设备，如微波炉、电饭煲等；二是根据这些设备的运行特点和家庭的实际生活 习惯，设置设备的运行规则，进行启停控制，以达到使用方便和运行节能的效果， 如饮水机、电热水器等，可以使其在家庭成员离家后停止运行，在家庭成员归家 前半小时再启动运行；三是根据住宅状态，自动进行相应设备的开启，如厨房煤 气或天然气管道发生泄漏时打开排气扇。 2 3 家居能量控制系统的功能 根据以上3 个子系统的内容和特点，家居能量控制系统主要实现3 个方面的 功能： 住户对家电设备的集成控制 住户对家电设备的集成控制是指住户通过遥控器或电话等方式，可以控制住 宅内的任一家电设备，从而大大提高住户生活的便利性。例如在卧室内可以通过 按钮或遥控器对其它房间的设备进行相关控制。从控制方式来看，住户对家电设 备的集成控制还可以分为户内集中控制和户外远程控制两类，户内集中控制是指 在家庭里利用有线或无线的方式对家电设备进行集中控制；户外远程控制是指住 户利用电话或互联网在异地对家电设备进行控制，实现家电设备的启停。 家电设备的自动启停控制 家电设备的自动启停控制主要是指家电设备根据时间、家庭环境的变化而自 动调整工作模式。主要应用有：根据室内光线的变化自动开启和关闭房间的电灯； 当房间的温度和湿度超过预设的范围时自动开启空调系统；根据设置的运行规则 对电热水器、饮水机等设备进行相关的电源控制。 各种设备之间的协同工作 在实际生活中，各个家电设备是相互关联的。例如当夏天中午开启空调降温 的时候，同时需要拉上窗帘；晚间观看电视时，需要调整房间的灯光亮度等。家 居能量控制系统根据住户的要求和实际生活的需要，对住宅的设备定义了一套逻 辑规则，自动实现设备之间的协同工作。 以上3 种功能，都给用户的生活创造了很大的便利性和实用