（计算机应用技术专业论文）基于多agent系统的电力调度研究与应用.pdf

摘要 电力系统通信技术的研究是目前电力系统自动化行业的一个热点话题。电力 系统通信技术是紧跟计算机和通信等i t 技术的发展而发展的。就目前而言，各种 最新的通信技术在电力行业都有应用。电力通信主要是围绕电力调度问题而展开 的，随着我国电力事业的发展和生产用电水平的提高，对电网运行质量的要求也 越来越高，电网调度自动化具有尤其重要的地位。 电力系统通信规约是电力系统通信调度中的一个重要组成部分，发挥着越来 越重要的作用。但是目前电力系统中，自定义规约及i e c ( 国际电子委员会) 制定 的关于远动通信传输的不同标准仍然同时存在，给整个电力系统的通信工作带来 了很大的不便。变电站自动化系统越发展，引入国内外设备越多，通信规约统一 的问题越突出。 本文所做的工作，就是在基于a g e n t 的通信平台j a t l i t e 之e ，给采用不同传 输规约的设备搭建了一个相互通信的平台。文中首先介绍了电力系统的些特点 及其电力通信调度的发展历程和应用到的相应通信规约的现状：然后分析并研 究了多a g e n t 系统中a g e n t 的特点及通信模式和多a g e n t 系统中的通信方式，找到 与电力系统的结合点，将两者有机的结合起来；建立基于多a g e n t 系统的电力通 信调度结构。最后在第四章中用a g e n t 的通信平台j a t l i t e 来实现这个平台，并给 出了相应的一些人机界面。 关键词：电力调度；通信规约；a g e n t ；j a t l i t e 东北电力大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho np o w e rs y s t e mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yi so n eo ft o d a y sm o s t p o p u l a rt o p i c sw i t h i np o w e rs y s t e ma u t o m a t i o ni n d u s t r y t h ed e v e l o p m e n to fp o w e r s y s t e m c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y i s f o l l o w i n g t h e d e v e l o p m e n to f v a r i o u s i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g i e sl i k ec o m p u t e ra n dt e l e c o m m u n i c a t i o n a sf 缸a sw ek n o w , t h en e w e s tt e l e c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g i e sh a v eb e e nw i d e l ya p p l i e dt ot h ep o w e r i n d u s t r y p o w e rc o m m u n i c a t i o ni st h r i v e df r o mp o w e rc o n t r 0 1 w i t ht h ed e v e l o p m e n t o fp o w e ri n d u s t r ya n dt h ei m p r o v e m e n to fm a n u f a c t u r i n ge l e c t r i c i t ya p p l i c a t i o n ，t h e q u a l i t yo fe l e c t r i c i t yn e t w o r ka n dt h ea u t o m a t i o no fe l e c t r i c i t yc o n t r o lb e c o m em o r e a n dm o r ei m p o r t a n t a so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t si np o w e rs y s t e mc o m m u n i c a t i o nc o n t r o l ，t h e c o m m u n i c a t i o np r o t o c o lo fp o w e rs y s t e mp r e s e n t l yp l a y sam o r ei m p o r t a n tr o l e a n y h o w , i nt h ea c t u a lp o w e rs y s t e mt h e r e r et w od i f f e r e n ts t a n d a r d so fa p p l i c a b l e p r o t o c o l s ，o n ei ss e l f - d e f i n i n g ，a n dt h e o t h e ri si e c d e f i n e d t h i sc o e x i s t e n c eo f d i f f e r e n ts t a n d a r d so f p r o t o c o l s c a u s e d b i g t r o u b l ei nt h e p o w e rs y s t e m c o m m u n i c a t i o n t h e r e f o r e ，w i t h t h e d e v e l o p m e n t o ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o n a u t o m a t i o na n dt h ei n t r o d u c t i o no fm o r ed o m e s t i ca n da b r o a d e q u i p m e n t s ，t h e u n i f i c a t i o no fc o m m u n i c a t i o np r o t o c o l si sb e c o m i n ge x t r e m e l y n e c e s s a r y ， i nt h i sp a p e r , w eb u i l tap l a t f o r mb a s e do nt h ej a t l i t e ，u p o nw h i c hd i f f e r e n t e q u i p m e n t sa p p l i e dw i t hd i f f e r e n tp r o t o c o l sc a r lc o m m u n i c a t ew i t he a c ho t h e r t h e f i r s tp a r to ft h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ef e a t u r e so fp o w e rs y s t e m ，t h ed e v e l o p m e n to f p o w e rc o m m u n i c a t i o nc o n t r o la n dt h ep r e s e n ts t a t u so f t h ea p p l i c a b l ep r o t o c o l s ；a f t e r t h a t ，i ta n a l y z e st h ef e a t u r e so fa g e n ta n dt h ec o m m u n i c a t i o nm o d u l e si nm u l t i a g e n t s y s t e ma n dt h ec o m m u n i c a t i o nf a s h i o no ft h em u l t i a g e n ts y s t e m ，f i n d st h ec r o s s i n g p o i n t so ft h e s et w ot h i n g sa n dc o m b i n e st h e mt o g e t h e rt oe s t a b l i s ho nt h eb a s eo f m u l t i - a g e n ts y s t e mt h ep o w e rc o m m u n i c a t i o nc o n t r o ls t r u c t u r e i nt h ef o u r t hc h a p t e r ， w ec o m p l e t et h ec o m m u n i c a t i o nt h r o u g ht h ej a t l i t ep l a t f o r mb a s e do nj a v a ，a n d p r e s e n t st ou ss o m em a n m a c h i n ei n t e r f a c e sa c c o r d i n g l y k e y w o r d s ：p o w e rs y s t e m ，d i s p a t c h i n g ，c o m m u n i c a t i o np r o t o c o l ，m u l t i - a g e n t ， j 鼹l i t e 1 1 1 - 论文原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系在导师指导下本人独立完成的研究成果。文 中依法引用他人的成果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意 义上已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论 文或成果。 本人如违反上述声明，愿意承担以下责任和后果： 1 交回学校授予的学位证书； 2 学校可在相关媒体上对作者本人的行为进行通报； 3 本人按照学校规定的方式，对因不当取得学位给学校造成的名誉损害， 进行公丌道歉。 4 本人负责因论文成果不实产生的法律纠纷。 论文作者签名 i 盖硌五笔 日期：丝亟年业月主f t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。学 校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然 为东北电力大学。 论文作者签名 导师签名： j 主旌堡zi 垄逝垡! ! z 立靼 日期： ) 岔匹奎年址月上日 第1 章绪论 1 1 电力系统的特点及电力调度的必要性 电力系统是由发电、输电、变电、配电和用电等设备和技术组成的一个将一 次能源转换为电能的统一系统。当前，全球现代化的各行各业和社会经济、人民 日常生活，已经将电能供应视为不可或缺的一个重要基础条件。然而电力系统有 其自身的特殊性。首先电能与其他能量不同，一般来讲电能是不能大量长期储存 的，其生产和消费过程是在同一瞬间完成的，也就是说发电、输电、变电、配电 各环节和用电是同步进行的。其次现代的电力系统是一个在地域上分布辽阔而在 电气上却是联成一体的大系统“1 。发电厂与受端变电站之间由大量长距离、高电 压的输电线连接起来。 电力系统是一个大系统，电能的生产、输送及分配是在一个地域辽阔、涉及 各行各业的区域内进行的，加上电磁过程的快速性，因此对电力系统进行控制的 有效性提出了非常高的要求。对电力系统的要求是：保证安全可靠的发供电；要 有合格的电能质量；要有良好的经济性。由于电力负荷始终是变动的，加上系统 敝障的不可预见性，电力系统有多种运行状态，要求电力系统的运行监视及调度 控制系统能够进行快速、有效的判别和处理，以实现对电力系统运行的基本要求。 所有这一切，都决定了现代电力系统必须要有一个强有力的，拥有各种现代化手 段，能够保证电力系统安全经济运行的指挥控制中心( 电力系统的调度中心) 和 能够保证各种控制监视信息可靠安全传输的电力系统通信系统。 电力系统通信管理规程中明确写到：“电力系统通信网是电力系统不可缺少 的组成部分，是电网调度自动化和管理现代化的基础，是确保电网安全、稳定、 经济运行的重要手段，是电力系统重要的基础设施。”在过去许多年中，电力通 信在协调电力系统发、送、变、配、用电等组成的联合运转及保障电网安全、经 济、稳定、可靠的运行方面发挥了应有的作用，并有力的保证了电力生产、基建、 防汛、电力调度、燃料调度、继电保护、安全自动装置、远动、计算机通信、电 东北乜力人学硕士学位论文 网调度自动化等通信需要【2 o 电力系统通信网作为电力专用电信网，是为满足系统内部的生产指挥调度及 管理等特殊通信要求而建设，为内部生产组织服务的。电力系统调度是电力系统 生产和运行的一个重要指挥部门，负责领导电力系统内发、输、变、配电设备的 运行、操作和事故处理，以保证电力系统安全经济运行，向用户有计划地供应符 合质量标准的电能。电力通信网最重要的特点是高度的可靠性和实时性，即在通 信网络出现故障时，要求尽快的恢复，且业务的延时性要求较高，要求电网信息及 下发命令迅速可靠。电力系统通信网用电力线路作为传输通道，具有通道投资少、 见效快、与电网建设同步等得天独厚的优点，它区别于公用网的特点是用户分散、 容量小、网络复杂。这些都是作为公众网很难接受的。 电力调度是随着电力工业的发展和电网的形成而产生的。伴随着电网规模的 发展和电网的互联，电力系统调度任务由简单到复杂，由一级调度到多级调度， 形成了集中或协调一致的分级管理体系。我国现已形成国调、网调、省调、地调、 县调等五层电力调度组织。实行统一调度、分级管理的原则。电力调度已是电力 生产运行中的一项重要工作，在保证电力系统安全、经济优质供电方面起到重要 的作用【3 。 1 2 电力系统通信调度的发展历程 电力通信网是电力系统生产调度及其自动化的基础，也是确保电网安全稳定 经济运行的重要技术手段。随着电力系统的迅速发展，电力通信设备日趋繁多， 通信网络也目趋复杂。我国早期靠人工值守即电话调度、人工抄表等，直至1 9 7 8 年8 月，我国第一次在京、津、唐电网实现了采用国产计算机对电网进行实时安 全监视。这种以计算机与彩色屏幕显示器为核心的实时监控系统，对提高电网安 全运行水平发挥了很大的作用，并逐渐成为调度人员不可或缺的运行手段。随着 科技发展，利用计算机技术，建立通信网监控系统，实行对通信网的实时检测， 保证庞大复杂的系统正常运行已成为时代的需要n 1 。 电网调度是随着电网及通信技术的发展而同步发展的。我国的电网调度自动 化起步较早，大体经历了远动化、数字化和自动化3 个阶段。早在2 0 世纪5 0 年代 中期，就开始研制有接点遥信和频率式遥测远动装置，在东北、北京等地区进行 无人值班变电站的试点，并在计算机技术的影响下，由布线逻辑向数字化、软件 化的方向发展d j 。 改革开放前，我国电网调度自动化领域内的远动化和数字化是按远动和计算 机两个专业各自发展的。二者结合组成一体化的s c a d a 系统，而取得“引进一 消化一开发一创新”的快速发展，则是改革开放后的事。随着1 9 7 9 年我国第一一条 5 0 0 k v 平武线输电工程的建设，引进了我国第一套计算机与远动终端( r t u ) 一 体化的s c a d a 系统。经消化、开发、汉化并接入其他远动终端后，该系统扩充 为整个湖北电网调度自动化系统，稳定运行达1 5 年以上。 由s c a d a 发展到e m s ，其广度和深度要求是不同的。广度方面，单纯的 s c a d a 系统对远动终端( r t u ) 的数量并无要求，可多可少；但支持e m s 的 r t u 的数量必须满足构建全网实时数据库的需要。深度方面，e m s 除需实时数 据库和s c a d a 功能的支持外，还必须装备各种智能型高级应用软件。这就带来 了基于网络接线及元件参数的网络数据库和接入不同应用软件的应用编程接口 问题。计算技术起步较早的电力部门，2 0 世纪6 0 年代就开发了电力系统潮流、 短路、稳定等基本应用软件，并广泛投入离线使用。但如何与s c a d a 结合接入 实时系统并直接控制发电过程，却是个新问题，这就导致了2 0 世纪8 0 年代后期 东北、华北、华中、华东四大网e m s 的引进工作。 四大网e m s 投入运行不久，电力部通信调度局的h 8 0 e 系统也随着通调局 升为国家电力调度中心而由西门子的s p e c t r u m 分布式系统所取代。第二次引 进，在较高层面上实现了又一次“引进一消化一开发一创新”，导致2 0 世纪9 0 年代自主版权e m s 支撑平台和应用软件的先后问世。四大网e m s 投入运行后的 2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初，开放式分布式系统和面向对象技术得到了很大发 展。 和开放式分布式相应的是封闭的集中式系统。这种系统的好处是一机多用、 节约资源投资，但存在第三方产品难于接入、不易扩展更新等缺点。四大网引进 的w e s d a c 一3 2 就有这样的弊端。为改变这种局面，电力部主管部门又一次作 出重要决策：在支持开放式分布式系统开发的同时毅然支持c c 2 0 0 0 系统对面 向对象技术进行探索和开发。历经4 年后，c c 2 0 0 0 于1 9 9 6 年在东北电网投入 东北电力大学硕上学位论立 运行，实现了国内全部自主版权、接入多方应用软件的e m s 功能。 当回顾2 0 世纪后半叶从s c a d a 到e m s 的发展历程时，新世纪所迎来的却 是更大的机遇和挑战：技术的进步、电力信息技术的发展和电力体制的改革和电 力市场的开放。实际上，涉及s c a d a 、e m s 和电力市场的公用信息模型( c i m ) 正紧紧跟踪电力信息技术的发展，并通过电力市场进入财务、资产等管理信息领 域。 我国国务院 2 0 0 2 5 号文发布的我国电力体制改革方案，现已进入实施和操 作阶段。技术装备上，除需研发新的电力市场支持系统外，传统的s c a d a e m s 也将面临不可逾越的改造。为适应当前和今后适应市场环境多变特点，自动化经 标准化走向信息化，已是大势所趋。 1 3 电力调度中通信规约的现状 在电力通信调度中，早期是没有统一的通信规约的。电厂、变电站与调度中 心之间有个简单的约定，并且通信的内容和要求也没有一个统一的说法。随着通 信技术和计算机技术的发展，这些都己不能提供相关的支持。国际及国内的一些 厂家相继制定了d n p 3 0 、c d t 等一些规约，1 9 9 5 年i e c 为了在兼容的设备之间 达到互换的目的，颁布了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 传输规约，为了使我国尽快采用远动 传输的国际标准，1 9 9 7 年原电力部颁布了国际1 0 1 规约的国内版本 d l t 6 3 4 - 1 9 9 7 。2 0 0 1 年i e c 将i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 ：1 9 9 5 和两个附件合并，颁布了 i e c 6 0 8 7 0 - 5 1 0 l ：2 0 0 2 v 2 ，我国将其等同采用d l t 6 3 4 5 1 0 1 2 0 0 2 ，代替 d l t 6 3 4 1 9 9 7 。随着现代通信技术的成熟，采用基于高速通信平台和i p 技术的 新型网络式r t u 已成为必然。欧美一些国家调度主站与变电站r t u 的通信已逐 步采用以太数据网，为适应远动数据的网络传输，国际电工委员会( i e c ) 第5 7 技术委员会( t c 5 7 ) 的第3 工作组( w g 0 3 ) 于1 9 9 8 年8 月制定了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 标准( c d v ) ，我国也制定了相应的配套标准d l t 6 3 4 5 1 0 4 2 0 0 2 6 ”。 我国原能源部于1 9 9 1 年1 1 月4 日发布了电力行业标准( d l4 5 1 9 1 ) 循环式远动 规约( c d t ) 。该规约适用于点对点通信信道结构，要求发送端与接收端保持严格 的同步，信息按事先约定的先后次序排列，并依次循环发送。按循环方式工作时， 厂站r t u 享有发送信息的主动权。每个r t u 都要独占一条到调度中心的信道( 称 点对点方式) ，调度中心与各r t u 皆由放射式线路相连。为保证可靠性还要有主、 备两种信道。各r t u 将采集并编码的遥测信息和遥信信息一遍接一遍循环不息地 传送给调度中心。由调度中心发给r t u 的各种遥控、遥调或其它命令，由下行通 道随时传送( 全双工通道上、下行通信可同时进行) ，不是循环的。至于遥控和 遥凋，无论循环方式还是问答方式，都是由主站掌握通信的主动权。 d n p 规约最初是有w e s t r o n i c 公司( 现在的g eh a r r i s 公司) 于1 9 9 0 年制定的。 1 9 9 3 年d n p 3 0 基本规约规范( d n p3 0b a s i c4 ) 文本集正式发布，同年还成立了 n d p 用户组织( d n pu s e r sg r o u p ) 。从此，d n p 3 0 在北美和欧洲以及中国得到 广泛的应用。1 9 9 5 年1 月，d n p 技术委员会成立，它发布了d n p 数据集定义( d n p s u b s e td e f i n i t i o n s ) 这一文本，建立了d n p 3 0 向上和向下实现的具体标准1 8 j 。 为实现不同厂家产品的互连，1 9 9 5 年i e c 5 7 技术委员会0 3 工作组制定了“基 本远动任务配套标准”b 1 1 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 ，该标准被称为远动通信规约的官方国 际标准。我国自1 9 9 8 年将此标准定为电力系统远动规约标准，和国际标准接轨。 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 基本远动配套标准规定了电网数据采集与监控系统( s c a d a ) 中主站和予站( 远动终端) 之间以问答方式进行数据传输的帧格式、链路层的传 输规则、服务原语、应用数据结构、应用数据编码、应用功能和报文格式。它适 用于传统远动的串行通信工作方式，一般应用于变电站与调度所的信息交换，网 络结构多为点对点的简单模式或星形模式。 随着电力通信技术及网络的发展，传统的以调度站为中心的辐射数据传输网 络已经不能满足目前的需要。为满足网络技术在电力系统中的应用，通过网络传 输远动信息，i e ct c 5 7 在i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 基本远动任务配套标准的基础上制定 了i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 传输规约 9 - 1 0 j 。 i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 协议的名称为“采用标准传输协议子集的i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 l 的网络访问”( n e t w o r ka c c e s sf o ri e c6 0 8 7 0 5 1 0 1 u s i n gs t a n d a r dt r a n s p o r t p r o f i l e s ) 。i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 传输规约采用i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 的平衡传输模式，通 过t c p i p 协议实现网络传输远动信息，它适用于p a d ( 分组装和拆卸) 的数据 网络。当调度主站与变电站连接到以太数据网，变电站r t u 与调度主站通信时， 通信规约则应采用i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 标准 i 。”】。 i e c 一6 0 8 7 0 5 1 0 4 远动规约使用的参考模型源出于开放式系统互联的 i s o o s i 参考模型，但它只采用其中的5 层，i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 4 处于应用层协议的位 置。i e c 6 0 8 7 0 5 一1 0 4 实际上是将i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 1 与t c p i p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o l p r o t o c o l i n t e r n e tp r o t o c 0 1 ) 提供的网络传输功能相组合，使得i e c 6 0 8 7 0 5 1 0 l 在 t c p i p 内各种网络类型都可使用，包括x 2 5 、f r ( 帧中继f r a m e r e l a y ) 、a t m ( 异步转移模式a s y n c h r o n o u s t r a n s f e rm o d e ) 和i s d n ( 综合业务数据网i n t e g r a t e d s e r v i c ed a t a n e t w o r k ) 。实现了电力通信网络与i n t e r n e t 的有效结合。 但是目前在电力系统调度中，多种通信规约并存，制约了设备间的相互通信。 利用a g e n t 特性并将其应用于规约转换器中也将是将来的发展趋势。 1 4 论文研究的主要内容 本课题针对目前电力供应不足，在大规模建设电厂、变电站，有不同终端 r t u 并入电网的情况，用多a g e n t 系统来建模整个电力调度系统，将一个变电站 看成一个a g e n t ，可以方便地往多a g e n t 系统中添加单个a g e n t ，只需注册名字 即可，方便变电站的扩展。同时针对调度中多种规约并存的情况，提出了用a g e n t 来实现不同规约之间进行规约转换的设想。 本文首先介绍了多a g e n t 系统的基本理论，并且针对目前电力调度的现状， 找到两者的结合点，建立基于多a g e n t 系统的电力调度模型。然后基于j a t l i t e 平台，实现了点对点的通信过程。本文作者主要做的工作是： 1 学习多a g e n t 理论，对其结构、特性、通信方式等有了较为深刻的理解 与认识。学习多a g e n t 系统的通信语言，并研究其语法规范。 2 研究电力调度中主站和子站的结构与通信过程，对目前的电力调度现状 有了更为深刻的理解，并了解电力调度网络的发展趋势。 3 找到多a g e m 理论与电力调度的结合点并将两者有机结合起来，形成了 基于多a g e n t 系统的电力调度网络。 4 经过比较筛选，本文使用j a t l i t e 来实现多a g e n t 系统中电力调度主站 和子站之间的通信。 第2 章多a g e n t 系统的概述 2 1 a g e n t 的基本理论 a g e n t 原意是指一个可以代表其他执行的人或有权利和权威执行某事的人， 或者是指完成某事的一种方法和手段【3 1 。随着a g e n t 在计算机领域的广泛应用， a g e n t 也被研究人员赋予了许多不同的含义，并且给出许多不同的定义。虽然现 在意义上的代理已经在许多方面不同于早期的概念，但是关于a g e n t 的基本功能 和作用本质上与商业运作中中问人的角色的功能和作用没有太大的差别。 a g e n t 是一个运行于动态环境的具有较高自治能力的实体( 即自治体可以是 系统、机器等；软件a g e n t 是一个计算机软件程序) ，其根本目标是接受另外一 个实体( 即主体可以是用户、计算机程序、系统或机器等) 的委托并为之提供帮 助和服务，能够在该目标的驱动下主动采取包括社交、学习等手段在内的各种必 要的行动以感知、适应并对动态环境的变化进行适当的反应，它与其服务主体之 间具有较为松散和相对独立的关系。 a g e n t 不是自治和提供帮助两种属性的简单结合，而是二者有机的统一体。 为主体提供帮助和服务是a g e n t 的目标和本质，自治是其属性和实现其目标所应 该采取的手段。a g e n t 的所有自治行为均是以最有效地为用户提供帮助为目的的， a g e n t 技术的本质就是研究如何使一个或多个实体尽可能地不打搅用户、依靠其 自身的能力、采用各种可能的方法和技术完成用户所委托的较为复杂和烦琐的任 务。因此，一个a g e n t 应该尽可能准确的理解用户的真实意图，采取各种由目标 驱动的、积极主动的行为，如社交、学习、推理、合作等；感知并适应复杂的和 不断变化的动态环境：有效地利用环境中的各种可能利用的数据、知识、信息和 计算资源，为用户提供迅捷、准确和满意的帮助。 a g e n t 是一个计算机程序，是在异构的协同计算环境中能够持续完成自主的、 面向目的行为的新型程序。现已使用的a g e n t 是通过预先规定的协议( 公用语言) 与外部a g e n t 进行通信，协同完成共同的任务。一个a g e n t 能够响应符合协议规定 的所有通信信息，并利用该协议调用其它a g e n t 的服务。 近年来，随着计算机技术的不断发展和应用的广泛普及，作为人工智能和分 布式计算的结合，分布式人工智割b ( d a i ，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 ) 璐渐 受到人们的重视。分布式人工智能一般分为分布式问题求解( d p s ，d i s t r i b u t e d p r o b l e ms o l v i n g ) 和多主体系统( m a s ，m u l t i - a g e n ts y s t e m ) 。其中，尤其是a g e n t 和多a g e n t 系统得到了巨大的发展。 2 1 1 a g e n t 的基本结构 a g e n t 的基本结构如图2 1 所示，由环境感知模块、执行模块、通讯模块、信 息处理模块、决策与智能控制模块以及知识库和任务表组成。环境感知模块、执 行模块和通讯模块负责与系统环境和其它a g e n t 进行交互，任务表为该a g e n t 所要 完成的功能和任务。信息处理模块负责对感知和接收到的信息进行初步地加工、 处理和存储，决策与智能控制模块是赋予a g e n t 智能的关键部件。它运用知识库 中的知识对信息处理所得到的外部环境信息和其它a g e n t 的通信信息进行进一。步 的分析、推理，为进一步的通信或从任务表中选择适当的任务供执行模块执行做 出合理的决策。在m a s 中，各a g e n t 是自治的，各a g e n t 之间只能通过通信以及对 环境的改变相互影响，各a g e n t 自身的行为最终是由其自己决策的【l 。 皆 j 。岁罔呷， 鬟卜一决策一，智m 抖_ 制模块p 7 图2 1a g e n t 的基本结构 第2 章多a g e n t 系统的概述 2 1 2a g e n t 的基本特性 1 、 自主性：这是一个a g e n t 的基本特性，即可以控制它自身的行为。一个 a g e n t 应该是一个独立自主的计算实体，它应能在无法事先建模的，动态变化的 信息环境中，独立解决实际问题，在用户不参与的情况下，独立自主地为用户提 供一些服务，如索取信息资源等。 2 、 社会性：a g e n t 应具有与外部环境中其它a g e m 相互协作的能力，a g e n t 问存在相互依赖和制约的关系，遇到冲突时能够相互协商。 3 、 交互性：a g e n t 应具有与外部环境有联系的界面和手段，能够对外部环 境的事件作出适当的反应，即对环境的感知和影响。无论a g e n t 生存在现实世界 还是虚拟的世界中，它们都应该可以感知它们所处的环境，并通过行为改变环境。 一个不能对环境作出影响的物体不能被称为a g e n t 。 4 、进化性：a g e n t 应具有开放的性质，能够在推理活动中逐步适应环境，扩 充、限制或修正自身的局部知识状态。 5 、可通信性：通信指 a g e n t 之间可以进行信息交换。a g e n t 可以和人进行一 定意义下的“会话”。任务的承接、多a g e n t 的协作、协商等都是以通信为基础。 上述特性都属于a g e n t 的一些基本特性。随着研究的深入和应用的广 泛，一些专业学者对a g e n t 的概念有一些更拟人化的要求。例如分句式人工智能 领域内的学者，要求a g e n t 具有知识、信息、意图等认知特性”“。 2 1 3a g e m 间的通信模式 目前多a g e n t 之间的通信是研究的重点，a g e n t 系统0 0 a g e n t 之t 问的通信模式 大致可分为五种：无通信( n oc o m m u n i c a t i o n ) 模式、消息传递( m e s s a g ep a s s i n g ) 模式、方案传递( p l m ap a s s i n g ) 模式、黑板( b l a c k b o a r d ) 模式平n a g e n t 通信语言模式 1 6 , 1 7 1 。 1 、无通信( n oc o m m u n i c a t i o n ) 模式 a g e n t 通过“理性”思考和推理而不以通信的方式，得到其它a g e n t 的任务方 案或计划。这种模式适用于a g e n t 目标之间没有实质性的冲突的情形。显然，基 于这种模式的a g e n t 系统是一个紧密耦合系统，各a g e n t 之问或者都是完全“透明 可见”的，或者它们需要不断地思索和推理其它a g e n t 所有的行动计划，而后者 则可能带来并发理性推理的高计算复杂度。这往往会造成系统实现困难、性能降 低、系统功能和规模不易扩展等限制和缺点。因此，这种系统基本上不具备a g e n t 系统的优越性，故而，在实际的多a g e n t 系统中较少使用。 2 、 黑板( b l a c k b o a r d ) 模式 黑板模式是传统的人工智能系统和专家系统的议事日程的扩充，通过使用合 适的结构支持分布式问题求解。在多a g e n t 系统中，黑板是指一个可供a g e n t 发布 信息、公布处理结果和获取有用信息的共享区域，a g e n t 之问可以交换信息、数 据和知识。开始一个a g e n t 在黑板写入信息项，然后可为系统中其它a g e n t 使用。 a g e n t 可以在任何时候访问黑板，看看有没有新的信息到来。它并不需要阅读所 有信息，可以采用过滤器抽取当前工作所需要的信息。a g e n t , g , 须在访问授权中 心站点登录。在黑板模式中a g e n t 之间不发生直接通信每个a g e n t 独立地完成它 们答应求解的子问题。 黑板可以用在任务共享和结果共享系统中，它提供了一种比较灵活、迅速和 高效的通信方式，但由于a g e n t 的个性不同，知识库及计算处理能力有异，要求 它提供灵活的公用信息表示机制：另外它的事件驱动性还要求集中控制机构，这 使得其实现和运行代价较大。 3 、消息传递( m e s s a g ep a s s i n g ) 模式 这是目前软件系统( 尤其是面向对象系统) 中常用的传统方法，例如：( 远 程) 过程调用、( 远程) 函数调用等。a g e n t 使用一组事先约定的格式和规则通 过消息形式相互传递计算请求和处理结果，当特定状态出现或预先定义的事件发 生( 比如a g e n t 收到其它a g e n t 发来的消息，或者a g e n t 感知到环境的某些变化) 时，这些规则就会被激活，a g e n t 于是采取相应的行动，该模式通常都以某一方 a g e n t 为任务中心，其它a g e n t 则向该中心请求服务。其优点是高效、可支持分布 式计算和移动计算；但缺点是不灵活、不便于扩展，以及不利于a g e n t 合作等。 4 、方案传递( p l a np a s s i n g ) 模式 在相互协作的a g e n t 之间，一方通过给对方传递其整个任务方案，相互取得 对问题的一致理解和相应的解决方案。这种模式常见于分布式计算和d a i ( 分布 式人工智能) 应用中。尽管它可使a g e n t 的合作求解比较容易实现，但它却有许 多缺点，比如：传递方案带来的时空开销较大，传输过程易出错，不灵活，无法 应用在状态多变、不确定的现实环境下等。 以上几种模式具有一些共同的缺点，即它们都不能或很难明确表达问题空间 的语义和a g e n t i l 直信的语义。它们都需要与a g e n t 自身的求解逻辑融合成一体才能 实现通信任务。显然，这是不利于支持a g e n t 系统的灵活性、可扩充性和异构性 的。 5 、利用a g e n t 通信语言进行通信 现在有许多场合都利用a g e n t 通信语言( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e s ， a c l ) 来实现a g e n t 之问的通信，因为a g e n t 可以通过某种高级的通信语言来表达 它关于其生存环境的认识、观念、态度、它的知识、解题能力、合作愿望和方式、 情感和它对问题空间的理解和定义等。这种专门用于a g e n t 通信的语言称为a g e n t 通信语言。这是该模式有别于上述其它模式的显著特征，它较好地满足t a g e n t 通信的基本要求，其特点是灵活、通用、支持知识共享和a g e n t 合作等。 2 2 多a g e n t 系统 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n t ，m a s ) 是由不同的单个a g e n t 为完成某一特定任 务而组成的集合，单个a g e n t 总是处在多a g e n t 系统的环境中；多个a g e n t 构成的 系统是动态、复杂和不确定的；a g e n t 要对熟悉的环境做出迅速的响应，同时能 够处理与其他a g e n t 的冲突。或者与其他a g e n t 协调解决冲突，规划其行为，并最 终做出决策。a g e n t 通过感知来了解环境，通过执行动作实现其目标并影响环境， a g e n t 不仅要有知识，而且要有自我意向。 多a g e n t 系统是研究一个由自主的智能, a g e n t 组成的群体怎样通过交互作用 来解决现实中原本具有分布性的复杂问题。由于问题的分布性和内部相关性，多 a g e n t 系统中的一个关键问题就是多a g e n t 系统之间的通信和协作机制。在利用多 主体系统进行分布式问题求解的过程中，集成在一个系统中的主体必须彼此能进 行通信和相互协作。通信是协作的基础，在m a s 中，a g e n t 之间通信和相互协同( 即 a g e n t 间的协调和合作) 是多a g e n t 系统研究的重要内容。 2 2 1 多a g e n t 系统的产生 多a g e n t 系统( m u l t i a g e n ts y s t e m ) 是指一些a g e n t 通过协作完成某些任务或 达到某些目标的计算系统。多a g e n t 系统的产生和概念的提出，具有其特定的思 想基础和技术基础。 h e r b e ts i m o 的“有限性”( b o u n d e dr a t i o n a l i t y ) 和m a r v i nm i n s k y 的“s o c i e t y o f m i n d ”奠定了多a g e n t 系统的思想基础。 1 9 8 6 年，m i t 的著名计算机学家及人工智能学科的创始人之一m m i n s k y 在出 的一本题为“s o c i e t yo f m i n d ”书中，曾试图将社会与社会行为的概念引入计算 机中，并把这样一些计算社会中的个体称为a g e n t 。这是一个大胆的假设，同时 是一个伟大的、意义深远的思想突破。1 9 9 4 年，m i n s k y 在( ( c o m m u n i c a t i o no f a c m ) ) 杂志上对a g e n t 这个概念作了更明确的说明：“a g e n t 是一些具有特别技能的个 体”，对计算机系统而言，a g e n t 是指“当你试图说明完成一些任务的机器而无 需了解它是如何工作时，即将其处理为黑箱时，就称其为a g e n t ”。这个说明是 从社会角度和社会中的个体两个方面来规定的。对社会而言，a g e n t 是能完成一 些特定任务的个体，社会不关心它是如何工作的；而对个体而言，则要它们具有 一一定的技能，否则将不为社会所接受。 分布式人工智能( d a i ) 的产生和发展为多a g e n t 系统提供了技术基础。分 布式人工智能的研究始于7 0 年代末期，当时主要研究分布式问题的求解，其目的 在某种程度上是努力解决计算效率问题。分布式问题求解研究的缺点是在于假设 系统都具有自己的知识和目标，因而不能保证它f c j s h 互之间不发生冲突。由于分 布式问题求解不能处理这种情况，人们就提出了多a g e n t 系统的概念。到了8 0 年 代中期，d a i 的研究重点已经逐渐转移到m a s 的研究上了 l ”。 目前随着i n t e m e t 的出现和发展，m a s 的研究已经不局限于d a i ，而是渗透到 计算机网络，软件工程以及人机交互等领域。 2 2 2 多a g e n t 系统特性 多a g e n t 系统除了具有个体a g e n t 的基本特性外，还具有社会性、自治性、协 作性等特性 1 9 】。 1 、社会性： 社会性要求多a g e n t 系统中的一个a g e n t 能及时响应其他a g e n t 的服务请求， 对自己的行为作出承诺。若一个a g e n t 表明自己有提供某项服务的能力和意图， 则当其4 也a g e n t 确实要求它提供服务时，它应义无反顾地履行义务。 有关专家在研究多a g e n t 系统的社会性时，更深入地提出了针对系统中单个 a g e n t 的“行为自信度”的概念，他们对行为自信度定义为：