（机械设计及理论专业论文）炼油行业生产调度中的多agent系统研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 l 炼油行业属于流程工业，具备流程工业的许多特点，例如生产调度实时性，生产 的稳定性要求高。但是在炼油行业中，原油产地和加工地相隔很远，产地的原油品种 特性、地理位置又各不相同，购买的原油主要通过水运运到加工地，水运过程涉及到 很多港运公司、港口、码头和不同属性的水域( 如江、海等) ，调度过程涉及到很多 的单位和部门，为生产调度过程的实时性带来了很大的难度。尤其是原油供应和运输 的调度问题，一直成为炼油行业生产调度过程信息化的瓶颈。， 本文在分析了炼油行业的调度需求的基础上，结合当今高速发展的a g e n t 技术， 采用多a g e n t 系统( m a s ) 实现调度过程中的原油供应和运输过程的信息化和自动 化。本文在分析了当自u 多a g e n t 系统研究现状和设计难点的基础上，给出了基于7 1 n i 的m a s 的结构框架。( j i n i 技术能够整合异构环境下的分布式的应用，它提供的查找 发现机制为m a s 中a g e n t 间进行动态发现和交互，提供了很好的途径。另外本文 对j i n i 的静态元组空间( j a v a s p a c e ) 进行了修改，提出了反应式的元组空间的概 念。这种元组空间提供内容匹配机制，任何a g e n t 都可以发布或者搜寻特定内容的 元组。其另一大特点就是通过这种搜寻，匹配等操作能够触发另外一些操作，从而能 够在元组空间定义和实现复杂的交互，任何a g e n t 仅仅需要这样个元组空间的引 用就可以整合到一起，增强了系统的灵活性。_ 卜了一 随后在分析了当前m a s 设计系统的研究现状后，开发实现了一种新的m a s 设计 系统。f 该设计系统具备很多优点，如支持w e b 协同设计、直观可视化的界面、为生 成的m a s 产生源代码和能够对交互模型进行p e t i l i n e t 分析。i 。 最后本文分析原油供应和运输问题，将其分解成更具有普遍意义的供应链问题和 原油在途显示问题。还分析了问题的交互模型，介绍了用本设计系统设计出满足这一 应用m a s 的详细过程。 关键词：流程工澎m a s ( 垒垒g ! 坐丕蜀j i n i p e t r i n e t反应式元组空间 w e b 协同设计 蟛们地 华中科技大学硕士学位论文 ! 竺= = ：= = ! ! 竺= = = ! 烹! 竺! ! = = = ! 苎= = ! 竺= = 竺皇= 苎= ! = ! 皇= = = ! ! = = 皇= = 皇= 皇= 竺= = = 皇= = ! a b s t r a c t o i l r e f i n i n gi n d u s t r yb e l o n g st of l o w i n gi n d u s t r y w h oh a s s p e c i a l c h a r a c t e r sl i k e r e a l t i m es c h e d u l i n g ，s t e a d yp r o d u c t i o n ，b u ti no i l r e f i n i n gi n d u s t r y ，t h ep l a c eo fr e s o u r c e a n dp l a c eo f p r o c e s s i n ga r ef a ra w a yf r o me a c ho t h e r t h eq u a l i t ya n dq u a n t i t yo f c r u d eo i l i nt h e s er e s o u r c e sa r ed i f f e r e n t h o wt ot r a n s p o r tt h e s er u d eo i l st ot h ep r o c e s s i n gp l a c ei sa c o m p l i c a t e da n dt i m e c o n s u m i n gt a s k ，w h i c h i n v o l v e sm a n yt r a n s p o r t a t i o n c o m p a n i e s ， d o c k s ，a n dp o r t se t c t h ep r o b l e mo ft h es u p p l ya n dt r a n s p o r t a t i o nb e c o m e st h eb o t t l e n e c k o f a u t o m a t i o ni no i l r e f i n i n gi n d u s t r y sp r o d u c t i o ns c h e d u l i n g t h i st h e s i s a n a l y z e s t h e r e q u i r e m e n t i nt h e p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g o f0 i l - r e f i n i n g i n d u s t r y ，c o m b i n e sw i t ht h ea g e n tt e c h n o l o g y ，p r o p o s em a st e c h n o l o g yt oi m p l e m e n t t h e s c h e d u l i n ga u t o m a t i o ni ns u p p l ya n dt r a n s p o r t a t i o n a f t e rs u m m a r i z e t h er e c e n tr e s e a r c ho n m a s ，p r o p o s ean e wm a s a r c h i t e c t u r eb a s e do nj i n i i tu s e sp e r f o r m a t i v ev a r i a b l e st o e x p r e s st h ea c t i o n st o g e t h e rw i t hc o n v e r s a t i o na n d c o n v e r s a t i o nr u l e ，w h i c hc a l lb eu s e dt o d e f i n ec o m p l i c a t e di n t e r a c t i o n sb e t w e e na g e n t s t h ec o n v e r s a t i o na n dc o n v e r s a t i o nr u l e c a nb ed e s c r i b e di nf i n i t es t a t u sm a c h i n e 、s a f e t y 、l i v e n e s s 、d e a d l o c kf r e ea n dg o a l a c h i e v a b l eo ft h es y s t e mc a nb ea n a l y z e di nas i m i l a rw a yt op e t r i n e t i na d d i t i o n ，t h e g r o u n dm e c h a n i s mo f o u rm a si sj i n i t e c h n o l o g y t h a ti sw i d e l yu s e di ni n t e l l i g e n te l e c t f i c s j i n ip r o v i d e sl o o k u p & d i s c o v e r ym e c h a n i s m ，w h i c hl e ta g e n tf i n de a c ho t h e r ，a n dt h e n c o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e rw i t h o u tp r i o rk n o w l e d g eo fh o s to rp o r tn u m b e r b a s e do n j i n i ss t a t i ct u p l es p a c e t h i st h e s i sp r o p o s e sar e a c t i v et u p l es p a c ei nw h i c ht u p l ec a nb e m a t c h e da c c o r d i n gt ot h ec o n t e n t ，a n dw h i c hm a k ei td i f f e r e n tf r o ms t a t i c s p a c ei st h a t o p e r a t i o n so nt h er e a c t i v es p a c ec a nt r i g g e rm o r eo p e r a t i o n s s oc o m p l i c a t e di n t e r a c t i o n s c a nb ed e f i n e da n di m p l e m e n t e di ni t e v e r ya g e n tw h ow a n t st oi n t e r a c tw i me a c ho t h e r w h a tt h e yn e e di sj u s tar e f e r e n c et ot h er e a c t i v es p a c e ，w h i c ha d d st h ef l e x i b i l i t yt ot h e s y s t e m t h i st h e s i sg i v e sj i n im a sv i s u a ld e s i g ne n v i r o n m e n tb a s e do nt h er e s e a r c ha b o v e i th a ss e v e r a li m p o r t a n tc h a r a c t e r s ：g e n e r a t eb a s e do nj i n im a s ：m u c h a d v a n t a g eo f j i n i c a nb ea v a i l a b l e ；v i s u a l i z a t i o n ：s o m ea b s t r a c tc o n c e p t sl i k ea g e n ta r ef i g u r e di ng r a p t 矗c a d e n t i t i e s ；p e t r i - n e ti su s e d t o a n a l y z e t h ei n t e r a c t i o n sb e t w e e a a g e m ；s u p p o r tw e b 华中科技大学硕士学位论文 c o o p e r a t i v ed e s i g n i na d d i t i o n ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h ep r o b l e mo f p r o d u c t i o ns c h e d u l i n g ，a n dc t a s s i f i e si t i n t op r o b l e mo ft y p i c a l s u p p l yc h a i na n dd i s p l a yo n l i n e t h es t e p so fh o wt od e f t n et h e i n t e r a c t i o nm o d e la n dh o wt od e s i g nm a sf o rp a r t i c u l a r a p p l i c a t i o ni sp r e s e n t e di nd e t a i l k e y w o r d ：f l o w i n gi n d u s t r ym a s ( m u l t i - a g e n ts y s t e m ) j i n lp e t r i n e t r e a c t i v et u p l es p a c ew e b c o o p e r a t i v ed e s i g n _ - _ 一 i i i 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题来源 1 绪论 本课题得到国家8 6 3 c b s 项目“流程工业智能优化调度系统研究与应用”( 课题 编号：8 6 3 i _ 5 1 1 9 4 弓_ 0 1 j ) 、长岭炼油化工总厂科研项目“长岭炼油化工总厂生产调度系 统( c l y c a s ) 开发与研究”两项课题的支持，是上述两个项目的重要组成部分。 长岭炼油化工总厂是中国石油化工集团公司在中南地区的一座现代化大型炼油 化工联合企业，也是全国最大、品种最全的炼油化工催化剂的科研和生产基地，占地 面积8 4 平方公罩，坐落在洞庭湖畔的历史名城一湖南岳阳市，北倚长江，南i 临京广 铁路。长岭炼油厂每年加工原油5 0 0 力- 吨，生产炼油化工催化剂2 万吨，拥有3 4 套炼 油化工生产装置。由于地处内陆，远离我国各大油田，根据生产计划需要向各个油罔 和原油进出口公司购买品种数量各异的原油，购买后的原油又要进行远距离运输，运 输过程涉及到北京办事处、南京港原油协调办、陆城油港处、生产调度室和计划处原 油科等单位。目前原油供应和运输情况描述如下： 1 ) 由于市场需求变化，需要使用的原油的品种和数量也在变化； 2 ) 各油田和进出口公司能提供的油量和油品也在变化； 3 ) 可以根据需要使用管道油或者运输油，管道油质量高，运输延时短但价格 昂贵： 4 ) 购买后的原油通过不同的港运公司运输到加工地点。这些港运公司负责的路 段又不一样，属下的油轮又各有特点( 海轮，江轮，托头，驳子等) ； 5 ) 油轮的运输时间随着油轮的特性和许多因素而变化。( 例如天气，饮水时间 和过驳) 。 以往是采用电话和传真来进行各单位之间的信息交流，这种信息传递方式为原油 的计划、采购、调度以及生产作业计划的制定带来了诸多的不便，由于这些过程中需 要的数据很多，烦琐地查找也为制定计划、采购、调度带来了更大的难度。弊病总结 如下： 1 ) 信息更新不够及时：这种以电话、报表等形式传递的信息很容易流失，而且 有传递延时，需要人为的干预； 2 ) 对调度人员要求很高：要求调度人员能够对整个调度体系有很深的了解，才 华中科技大学硕士学位论文 能进行f 确的计划和调度； 3 ) 费用高：电话和传真费用很高，是厂里的一大财务负担： 4 ) 数据处理工作重复：各单位都要进行数据的重复操作，例如汇报、传递、存 档和统计，造成了人力的极大浪费。 在上述情形之下，本课题的研究被推上了的台。由于上述应用中涉及到很多位黄 各异的部门，例如北京办事处、南京港原油协调办、陆城油港处、生产调度室和计划 处原油科、还包括一些原油供应公司、港运公司等很多单位。调度过程涉及到这些单 位的很多数据，这些单位之间还需要共同地协调才能完成调度工作，具有很强的分布 式应用的特点。传统的调度和控制方法不能很好地处理这些问题。本文在综合分析了 当前a g e n t 技术的研究现状后，提出了用m s ( 多a g e n t 系统) 来实现该应用。通过a g e n t 技术来固化调度逻辑，实现调度的自动化和智能化，减轻调度人员的工作量，减少人 为因素带来的影响。因此本文的研究的方向和重点就是如何开发出这种m a s 系统，从 而设计出普遍的m a s 设计平台。 l1 2 课题的目的和意义 炼油工业是我国的支柱产业之一，对整个国民经济的发展起着强大的支撑作用。 炼油工业和其它工业一样，在激烈的市场竞争中面 临着严峻的挑战。一是国内原油价 格并轨和进口油价格变化所带来原油价格地不断上涨，造成企业效益下降以致亏损， 要求进一步节能降耗、降低成本；二是产品出口和原油进口的增加，而市场的竞争和 需求变化，要求提高产品质量和增加新产品，以及要求具有对市场变化做出快速反应 的能力；三是对生产管理调度的要求越来越高。也正是这些挑战为计算机应用系统的 研究发展提供了种契机。 炼油工业的生产调度涉及很多方面，本文着重对原油供应，原油运输，油轮在途 显示三个方面的应用进行分析和系统实现。原油供应包括根据市场需要选择原油数量 和品种、向供应部门下达购买请求、供应部门选择合适的原油供应者。原油运输包括 选择好了原油供应者之后，根据油量和油品，选择路径、选择运输公司运输。原油在 途显示要求显示在海洋和长江中油轮的近似位置和统计信息，帮助调度人员对近期到 达的原油进行估计，为进步的排产和调度提供依据。三者都需要同生产调度和计划 部门进行统一的调度和协作。其实上面原油供应和运输可以归结到供应链问题，于是 系统就可以分为两块，见下图。 一_ _ _ - h _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - - - _ _ - _ _ _ _ _ - - _ _ - - _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ - _ - - - 一 华中科技大学硕士学位论文 ! = ! = = ! ! ! ! ! = ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! = ! = ! ! ! ! ! = = = = ! ! ! ! = = ! ! ! = = = = ! ! ! = = ! = 图1 1 某炼油厂供应和运输调度图 本课题的研究目的是针对炼油工业生产调度的具体特点和所存在的问题，将先进 的m 峪技术，应用到炼油行业，研究适合于内陆炼油厂的原油供应，原油运输调度管 理的特点，提出使用多a g e n t 技术来实现系统，给出了m a s 的系统模型结构，并设计出 通用的m a s 设计系统。 本课题的研究工作充分结合了炼油工业的特点，为调度过程中的原油供应和原油 运输管理提供了一种全新的解决方案，通过利用先进的计算机及其相关技术，使调度 过程自动化，信息传递更加及时改变了传统的调度模式，可以从如下几个方面产生效 益： 1 ) 直接的经济效益 生产调度人员不需要经常去查找相关原油供应部门的情况，例如油品，油量。也 不需要掌握很全面的调度逻辑。能够减少调度人员的工作量，降低人为因素带来的影 响。有利于生产决策人员及时掌握原油运输情况，合理地制定生产加工计划，充分利 用装置生产能力，减少降量生产或者循环生产的现象，保证生产装置的“安稳长满优” 生产；有利于生产调度人员及时安排卸油、腾罐等工作，减少船队在码头的停留时间， 降低运输成本：有利于原油采购人员及时掌握原油运输和生产加工情况，合理制定原 油采购优化计划，掌握原油采购的最佳时机，恰当及时地安排运输船队等。由于每一 华中科技大学硕士学位论文 竺! ! ! = 竺! ! ! 竺竺竺= 竺竺! = ! ! ! ! 竺! ! ! ! 竺! 苎烹! ! ! ! ! ! 皇墨! ! ! 竺! 墨= ! ! 竺竺! 皇! ! ! ! = 个卿t 是一个相对独立的实体，具有类似于人的很多特性，便于理解和系统的升级。 2 ) 间接经济效益 信息的集成和调度逻辑的固化，解脱了许多业务人员的工作数据收集、整理和编 辑以及相关调度工作，使他们能够把更多的精力放在数掘的分析和使用上来，为企业 的规划、决策和经营服务。计算机及其相关技术的使用使企业管理水平上了一个台阶， 促使企业领导和相关业务人员提高自己的管理水平和业务能力。 3 ) 社会效益 面对二十一世纪全球经济一体化、经济信息化的快速发展，结合网络技术、多a g e n t 技术、w e b 技术等技术应用系统的投用，有利于增强公司的形象，起到广告宣传的作 用。本项目的研究与应用系统适合于我国各大内陆炼油化工厂，强大的系统功能不仅 在炼油工业应用广泛，在许多其它涉及到供应链的工业中也有着广阔的应用前景。 1 ：2 文献综述 1 ：2 1 a g e n t 结构和定义 多a g e n t 技术是分布式人工智能( d i s t r i b u t e da r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ，d i ) 的一个重 要的研究领域，而d a i 是a 工的重要分支。一个d a i 系统由多个智能a g e n t 组成，每个a g e n t 是一个自治体。由于a g e n t 是一个新概念，并且内涵极其丰富，至今尚未有一个统一 的定义，也没有一个公认的中文译词。一般认为a g e n t 是一些相对独立的智能单元体。 它的中文名称一般为自治体、自主体、智能体、代理人等等。有些文献甚至不翻译， 而直接用a g e n t 来称呼。下面给出一个具有普遍意义的a g e n t 的定义。a g e n t 必须同 时恳有下列特征： 1 ) 能感知所处的环境； 2 ) 能同其它a g e n t 进行交流： 3 ) 能积极主动，可持续地实现自己的目标。 虽然不同的a g e n t 具有不同的特性，但是a g e n t 核心一般都包括上面所述的三点。 其拓扑图见图卜1 。可以从两个方面来理解a g e n t 。首先，从广义上来看a g e n t ，它是指 人物理世界中移动的机器人以及软件机器人。其次，从狭义上来看a g e n t ，它是指软 件矶器人。本文主要探讨软件机器人。 华中科技大学硕士学位论文 图卜2 a g e n t 的拓扑图 1 2 2 a g e n t 产生的背景和应用 智台 a g e n t a g e n t 这一概念是在很多学科的交叉中诞生的，它不仅对这些学科产生影响，也为 软件工程带来了一场革命，提出了基于a g e n t 软件工程的方法，带来了从面向对象到 面向船n 的编程思想的转变l 。见图l2 。 a g e n t 是知识共享级的软件技术，它的位置在图卜3 所示。传统上认为d a i 研究分 为分佑式问题求解( d i s t r i b u t e dp r 曲1 锄s o l v i n gd p s ) 和多智能体系统( m u t i a g e n ts y s t e m m a s ) 两个方面。虽然d a i 和m 峪的研究历史很短，但是在理论和制造业的研究中已经 取得了令人兴奋的成果【3 】。美国、同本和西欧都投入大量的人力、物力从事d a i 及其 应用的研究。一时间人才辈出、成果丰硕。斯坦福大学专门成立了基于a g e n t 的工程 研究小组，探讨基于a g e n t 的软件如何应用于工程领域。伯克利大学和斯坦福大学联 合研究小组正致力于支持敏捷制造的多智能系统的研究。当| i ，有关a g e n t 理论与 多a g e n t 技术的研究和应用已r 趋广泛，并取得了诸多成果。1 9 9 9 年1 2 月，第 一届i f a cm s 9 9 研讨会在奥地利首都维也那举行。这次由i f a c 委员会 ( i n t e r n a t i o n a lf e d e r a t i o no fa u t o m a t i o n ) 与i f a c t co na d v a n c e dm a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y 组织，委托维也纳科技大学主办的学术研讨会吸引了来自世界各地 的的专家学者及实业家参加，其中欧洲学者占绝大部分。这次会议的主题是讨 论多a g e n t 系统( m s ) 技术及其在制造过程中的应用，展示多a g e n t 研究领域 的最新成果，共有j 1 篇论文被宣读。m s 技术被认为是在未来生产系统中实现 降低生产费用、生产分散化控制、自适应及处理复杂过程的关键技术，同时它 华中科技大学硕士学位论文 = ! ! ! ! = ! ! ! ! ! = ! ! = = ! ! ! ! = ! ! ! ! ! = ! ! ! = ! = ! = = = ! = ! ! ! = ! = = ! = = = = = ：乏是一种新的方法论，贯穿在先进制造的各个领域，从企业动态联盟、e r p 、 规划与调度到现场控制都有m a s 思想与技术的应用。 分巾式系统 移动代 信息索取系统 且 人t 智能和 识别科学 数据库与基 机器学习 于知识的技 术 结构化编程( 7 5 t = ：5 面向对象( 8 2 ) 面向a g e n t ( 9 7 ) 图卜3a g e n t 的产生背景及变迁 引入a 目o n t 取决于全局目标的状况。一些目标原本十分复杂，难于求解，按照一 定的要求进行任务分解后，问题则大为简化。在个完整的系统中需要这些任务的执 行者和承载者，它们就是a g e n t 。a g e n t 处理问题的过程包括输入问题的现有状态；a g e n t 独自执行指令；a g e n t 之间进行信息交流( 包括人机交互) ：输出结果。a g e n t 本身所 具有的自主性、应激性、智能性、学习性等特性 4 h ”，使问题的解标准化、系列化。 假如有正确的描述方法和开发工具，对多个a g e n t 及它们相互作用的建模是优于仅有 一个庞大a g e n t 的建模，这种分解使得问题的复杂程度大为降低。因此，多a g e n t 模型 能成为管理复杂的、相互作用的、含有多种松散组合的智能实体的良好工具【6 j 。 6 华中科技大学硕士学位论文 图1 qa g e n t 的交互级别 多a g e n t 技术可以应用于两种截然不同的的应用环境： 1 ) 一种是在具有需要一定程度自主的网络节点的应用中，如c m v r 在c i m 中需要 对大量的分布式知识信息的进行评估分析，在v r 中需要在不同的系统中实现互操作和 协调，多a g e n t 技术为它们提供了基础。 2 ) 另一种虽然在物理上是集中的，但逻辑上是分布的。这种分布式软件工程方 法大大提高复杂软件的通用性和可移植性。任何一个大型软件都不可能囊括要求的方 方面面，尤其是在信息管理和决策系统中，经常需要动态组织( a g i l eo r g l m i z a t i o n ) ，为 满足这样的要求，复杂软件经常由一些小的，精确定义的、友善的、压缩的小模块组 成，在复杂系统中这些模块的交流和协作就成了关键，本文对这一问题进行了研究。 与传统的模块化软件工程不同，多a g e n t 系统在异构环境中使用比较容易、移植 性能好，它的集成可以通过一个a g e n t 的盯a 印e r ，通过一系列的参数转换完成。事实 上，多a g e n t 系统可以用于任何应用，包括集成企业管理，技术和医疗诊断，生产计 划和监控，空中交通控制，电子商务，娱乐系统【7 】【8 】等等。 华中科技大学硕士学位论文 = = ! ! ! = ! ! ! ! = = ! ! = = = ! ! ! = = = ! = ! ! = = = = ! ! ! ! = ! ! ! ! ! = ! 1 1 2 3 多a g e n t 系统( m a s ) 1 m a s 的优点 m a s 提供了一种能够进行分布，计划和连续控制的系统。这满足了现在许多应用 的特点。很多应用在空间上都是分布的( 例如从不同的分布的传感器上提取数据，一 组机器人的控制) 。还有一些应用是在功能上分布的，例如一组专家协作解决一个难 题。这种m a s 的优点可以概括如下 9 1 ： 1 ) 系统鲁棒性好：a g e n t 本质上是分布的，因此当这些自主的a g e n t s 中一个或者 多个失效时，整个系统也不至于崩溃； 2 ) 模块化结构【l 0 l ：每一个a g e n t n 以看成是具备一定功能并能独立和协作完成 某任务的模块。多a g e n t 系统由这些模块构成，具备很好的模块化结构，提高 了系统的伸缩性。 3 ) 自适应系统】：每一个a g e n t 能跟踪所处环境，进行自适应调整； 4 ) 减少了通讯量：通过传递高层的语义和消息，提高了通讯效率； 5 ) 灵活性好：通过让不同的a g e n t 之间动态组合来解决不同的问题，增强了系 统的灵活性。 2m a s 实现的难点 为了使系统中a g e n t 行为能够相互协调，在m a s 中每个独立的a g e n t 不仅能够共享 问题的解决方法的知识，而且能够推理其它a g e n t 协作的过程。在m s 系统中，全局的 控制，全局一致的知识或者全局成功的标准都是不可能的【l “，所以协作过程成为实现 m a s 的难点。这种难点可以分为以下几个方面： 1 ) 通讯：如何使a g e n t 之间进行通讯，应该使用什么样的协议； 2 ) 交互：a g e n t 之间应该使用什么样的语言和策略进行交互； 3 ) 协调一致：如何保证a g e n t 间的协作能为问题带来稳定的结果。 下面几节将详细介绍这些问题，除了这些协作上的困难外，仍然有许多实际的问 题需要解决，例如如何将已有的应用和 i s 集成起来。这些实际问题会根据m s 实现 的不同而不同。 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 通讯 在多a g e n t 系统中，通讯是为了使a g e n t 间彼此协调相互的行为而必须进行信息交 互的条件。那么究竟什么样的通讯协议和机制能够帮助这些a g e n t 更好地协作呢? 一 般有这样几种方式： 1 ) 直接通讯：直接的通讯包括同其它a g e n t 使用t c p i p 建立直接的物理层的连接， 通过点对点的互识，实现消息包的安全到达。物理层的连接意味着a g e n t 必须知 道系统中其它a g e n t 的地址。a g e n t 的地址可以通过从其它a g e n t 或者中心对象的 广播消息中获得。这就像目录服务一样“3 ，每一个进入系统的a g e n t 都要进行登 记。a g e n t 通过查看集中对象能够获得接受者的地址。这种登记就像启动的进程一 样，一旦启动就知道所有a g e n t 的目录信息。在f i p a 组织公和的详细说明中，指 出了m a s 必须有一个包括所有a g e n t 信息的目录服务，通过这个服务能够很方便 地找到特定的a g e n t 。这种通讯机制是最简单和用的最广泛地，当a g e n t 知道同哪 一个特定的a g e n z 进行对话时，进行直接的通讯就变得非常有用。 2 ) 联邦系统“：当系统中a g e n t 数量很多时( 例如在因特网上) ，这种直接通讯的 费用和处理就非常昂贵。这时可以将一系列的a g e n t 组织成联邦系统。如图1 4 所示的结构就是一个联邦系统。图中一系列的a g e n t 都有一个通讯服务器，保存 着其它个体的需求和能力。a g e n t 可以发送应用级的消息，要求这些通讯服务器接 受和请求应用级的消息。通讯服务器将这些应用级别的消息路由到合适的地方。 a g e n t 组成联邦系统后，就将它们的自主权交给通讯服务器，通讯服务器就担负起 实现这些a g e n t 的需求的责任。f i p a 组织说明书定义了个特定的域通讯服务器 a g e n t ，任务就是保存a g e n t 目录为一个域，帮助域中a g e n t 间的通讯。 3 ) 广播通讯：在一些场合，当需要向所有a g e n t 发送消息，或者发送方不知道接收 方的情况时( 例如当它发布任务，需要从所有能完成该任务的a g e n t 选择时) 。 就可以采用广播通讯，而广播者可以一次传递消息给多个a g e n t 而不需要消息的 多个拷贝u “，大大减少了通讯带宽。 4 ) 黑板系统“”“”：在人工智能的领域中，黑扳经常被用来作为共享存储空间的模型 ”“。它是a g e n t 写入消息、发布结果和获取消息的数据仓库。它经常根据不同 的问题抽象成不同的层次。每一个特定的层只能存取相邻的层的数据。这样，底 层的数据可以分析综合后交付上层，而上层的目标也能够驱动底层的行为和期望。 华中科技大学硕士学位论文 = = ! ! ! ! ! ! = = ! ! = = = ! ! ! ! ! = = = ! ! = ! ! ! ! ! = ! ! ! ! = ! = ! ! = = ! = ! 1 2 ) 交互 一 a g e n t ja g e n t !i 通讯服务器 _ _ 二二二f 二 = 二二二二! 二二二二二1 通讯服务器 t a g e n t 图1 4 a g e m 的联邦通讯结构 交互也是实现m a s 中一个很重要的方面。交互的必要性是因为一个a g e n t 采取行 为或者作出决定会受到其它a g e n t 的现有知识的影响。既然系统中的行为都是目标驱 动的，许多的交互都是从目标中衍化得到的，这种交互就显得非常重要，因为只有它 才能使很多a g e n t 的努力结合起来，完成复杂的任务”“1 ”。 m a s 系统本质上异构和分布的的特性使在a g e n t 间的交互的实现变得很复杂。当 需要在分布式环境下进行共同工作，设计一种易于表达的通用的不依赖于特定a g e n t 的通讯语言就变得非常重要。这些a g e n t 可以通过解释语义进行交流彼此的信息。其 实这也正是a g e n t 区别于对象的地方。对象通过公共方法进行相互的操作。这种在m a s 中a g e n t 交流语言应该能够通过实现通用的不依赖于内部的数据结构的消息接口进行 相互通讯。于是就必须知道使用什么方法表达相互希望表达的知识以及如何进行表 达。这种语言必须能够允许一定的差异，这样就能够同其它不同语言表达的a g e n t 进 行一定程度的通讯。于是每一个a g e n t 就应该有一个语法层能够支持独立的语义层， 该语义层提供一个通用的不依赖于内部数据结构和算法的消息接口。 1 0 华中科技大学硕士学位论文 = ! = = = = ! = ! ! = = = = ! ! = ! ! ! = ! ! ! ! ! = = = ! = ! ! = = = = = ! = ! = ! = ! ! ! ! = ! ! ，_ 一r f 。 一芝 内容层一一内容层 交流层一，交流层 通讯层一+ 通讯层 、 一一一l内容层 一一+交流层 o 通讯层 a g e n t l通讯服务器 a g e n t 2 图l _ 5a g e n t 的交互层次 语舌一行为理论是一种组织语法层、规范语法层的a g e n t 行为的理论方法。该理 论在如何理解不同a g e n t f b j 内部状态的关系以及相互交流的信息方面做了很多的规 定。它认为为了实现特定目标而交互的知识、计划和意图的改变都是一种通讯行为。 这种行为理论采用述行语的概念描述这些行为，j ：a g e n t 能够传送它的信念、意图和 动机口刮：例如述行语“a s s e r t ”、“a f f i r m ”、“s t a t e ”传递了信念，述行语“a s k ”、 “o r d e r 、”e n j o i n ”、“p r a y ”、“c o m m a n d ”传递了意图，述行语“v o w 、“p l e d g e ”、“p r o m i s e ” 则传递了动机。 这种基于语言一行为理论的语言在m a s 中最常用的就是k q m l ( k n o w l e d g eq u e r y a n dm a n i p u l a t i o n l a n g u a g e ) 口5 | 口。通过使用述行语进行表达，a g e n t 能够适应从简单的 程序和数据库应用到复杂的基于知识描述的系统的多样性。k q m l 述行语在其中起了 很大的作用，同时支持很多其它不同的行为表达。 k l 属于交流层的语言，在a g e n t 交互的层次如图1 - 5 所示。本研究的系统中采用 了这种 观的许多述行语，并且提供了为不同应用定制不同的述行语的接口。 ( 3 ) 协调一致 协调和一致是有区别的，一致指系统作为一个整体在解决问题上的整体行为的性 能。协调指在执行集体行为时a g e m 交互的性能。如果没有协调，那么分布式的问题 解决方法的优点就会由于系统中的混乱和不稳定的产生而被削减不少。这两个方面都 是描述了如何对个问题产生稳定的解法。为了带来稳定的解法，协作必须保证整个 问题解决的每一个必须部分至少一个a g e n t 有能力完成，这些a g e n t 在运行时，向着接 华中科技大学硕士学位论文 近目标的方向发展，这一过程中的每一步对于现有的资源和能力来说都是可达到韵 2 7 1 。 多a g e n t 的行为需要协调一致的必要性是由懈特性决定的： ) a g e n t 的行为相互依赖，行为的出现和a g e n t 的目标密切相关； 2 ) 需要满足全局的约束，问题的解决需要满足一定的全局条件才行时； 3 ) 一个独立的a g e n t 没有足够的能力，资源或者信息解决整个问题。许多问题不 能通过许多互不往来的a m n t 能够完成的因为它们没有足够的专家知识、资源 和信息。 如果系统中的所有姆n t 都捌有其它a g e n t 的全部的目标、行为和交互的信息，而 且系统处理能力为无限大的时候，一个a g e n t 现在做什么和将会做什么都会被系统的 j 它a g e n t 预测到。这种情况下，系统可以避免冲突和重复的行为，系统将会完美的 协调。但是这种完全的知识是不可行的，就像个人不可能什么都懂样，因为人的 j = 1 ，是一个整型表明相关的权重。i n ( t i ，p i ) 是弧p i - t i 的权重，o u t ( t i ，p i ) 是 权重弧t i p i 的权重。如果没有弧，权重为0 。于是投影矩阵是： w = o u t - i n ( 5 2 ) 矩阵的第i 行通过触发变迁t l 1 m 够进行相应的标记修改。例如，图5 6 中的投影矩阵 是： p 1i ) 二p jp 4p 5 w 一己 ：1 1州o? i： ： ( 5 3 ) 7 一 。一 十 o t ： ”。 jo一1o+ 1t l 斗lool一1l j 投影矩阵用来观察标记的p 。，当一个给定的变迁被触发的情况下的变化下的标记 过程使用下面等式： m k m 0 + t + w ( 5 4 ) 这旱t 是变迁触发的起始向量。m o 是初始标记。m 是修改后的标记，w 是投影矩 华中科技大学硕士学位论文 阵。在图5 5 中，如果变迁t i 被触发，触发向量是【10 00o ，修改过后的标记是 ”= 卜j 。，1 - j ，! i = l l “ ” i l l l ”一1一i 5 ) 不变量 对于一个p n 图，一个不变量f 是一个非零的一元列矩阵，例如w f = o ，w 是投影 矩阵。p e t r i n e t 里的不变量表明了可将该p n 分解成几个简单基本的图形。一个简单的 基本图形是也是一个有标记的基本的状态机图形。 图5 5 的例子。w f = 0 ，解等式得到： f i = 【11010 t ，关联库所p ( f i ) = p l ，p 2 ，p 4 ； f 2 = 10101 t ，关联库所p ( f 2 ) = p l ，p 3 ，p 5 ； 因为崛= 0 ，w f 2 = 0 ；这些矩阵表明了系统的不变量。这种不变量表示该图由两个 简单的基本图形组成。 6 ) 安全的p e t r j n e t 一个刚是安全的，如果对一个初始的标记，对所有可达到的标记，每一个库所 ：睁最多有一个t o k e n 。那么上图的标记矩阵就可以写成： m m n 4 ， m ；卜1 。 可以看到该p n 中所有可能的标记，t o k e n 的数量在任何库所都没有超过1 ，所以这 个图是安全的。 7 ) 存在性和死锁 p n 的标记随着变迁的触发而改变。当某些变迁不再被触发，或者当网络的全部或 者部分不再能够使用，那么设计系统一定有问题。状态t i 对于一个初始的标记是 存在的，如果对每个从到 i ，包含t i 的触发变迁集存在。一个雕是存在的如果对 于初始标记，所以状态对于是存在的。换句话说，如果在变化过程中，所有的变 迁都是可以触发的。死锁就是没有变迁能够被触发的这样一个标记。p n 的存在表明系 统没有死锁状态。这可以从图5 _ 6 中看出来，那就是没有任何点，有任何变迁不能被 一丝垄：王墨里坠堡堂笙丝：堕空墨查垄塑鲨互壅壁塑： 一 曲 g ，j p p r p p j u j 、 o ，j r 华中科技大学硕士学位论文 2 用p e t r i n e t 表示对话 m a s 中的对话决定着系统的行为。为了确保运行过程中系统能够表现出理想的行 为，a g e n t 间的交互必须和系统的总体目标相一致。这就意味着对话必须逻辑上稳定和 一致。所以需要分析这种对话，来证明这种交互的进步性。本系统对对话使用类似于 p e t r i - n e t 进行表示，利用p e t r i t 的一些方法对系统中设计中的逻辑错误进行修正。 这种逻辑检测能够大大的加强m s 设计结果的合理和高效。本系统的对话采用有限状 态机表示，需要进行p e t r i - 刊e t 的转换，转换规则如下： 1 ) 一个状