（计算机应用技术专业论文）飞机地面作业mas开发平台的设计与实现.pdf

摘要 研究了飞机地面作业调度的工作任务，分析归纳了相关工作任务的程序，飞机地面 作业调度是典型的n p 一难问题，针对此问题建立了一种多a g e n t 组织结构，利用这种结 构和一种新颖的多a g e n t 调度算法d s a f o ，设计并实现了以j a d e 为基础结构的用户 友好的面向任务的飞机地面作业多a g e n t 系统开发平台一a g s a p 。该平台使用用户定义的 资源、数据接口和任务流图自动创建以任务流为导向的飞机地面服务多a g e m 资源调度 系统。 首先，研究了飞机地面作业调度的工作任务，通过分析工作任务的特点，归纳了单 机地面服务的任务流程，划分了基本任务及其所需资源定义。 第二，研究了a g e n t 组织结构，提出了一种适合飞机地面服务任务流的集中通讯与 分散通讯相结合的a g e m 组织结构。 第三，研究了面向a g e n t 编程a o p ，面向a g e m 软件工程a o s e ，在软件开发规范 化方面分析选择a g e m 基础开发运行平台，对其不足进行补充，加强了软件系统开发的 分析、设计阶段。 第四，研究r 构建用户界面的m v c 软件体系结构模式和软件丌发中的设计模式， 以便所丌发的系统能够结构清晰，易于维护和扩展。 最后，设计丌发了飞机地面作业调度多a g e m 开发平台a g s a p ( a i r l i n eg r o u n d s e r v i c e sm u l t i a g e n td e v e l o p m e n tp l a t f o r m ) ，用此开发平台生成了一个飞机地面作业多 a g e n t 调度系统，使用这个生成的系统对真实数据进行了对比测试，达到了较好的效果。 关键词：飞机地面作业调度，多主体系统，多主体组织结构，面向主体编程，面向主体 软件工程 a b s t r a c t s t u d y i n gt h et a s k sa n ds u m m i n gu pt h e i rs e q u e n c e si na i r l i n eg r o u n ds e r v i c e s a i r l i n e g r o u n ds e r v i c e ss c h e d u l i n gp r o b l e m i sat y p i c a ln p h a r do n e as c h e d u l i n gm a s o r g a n i z a t i o ni sb u i l t w i t hi ta n da no r i g i n a la l g o r i t h md s a f o f o ra i r l i n eg r o u n ds e r v i c e sw e d e s i g na n di m p l e m e n ta l la i r l i n eg r o u n ds e r v i c e sm u l t i a g e n t ( b a s e do nj a d e ) d e v e l o p m e n t p l a t f o r m a g s a p w i t ha g s a p ，u s e rd e f i n e sa i r l i n ed a t a b a s ei n t e r f a c e ，r e s o u r c e sn e e d e db y a i r l i n eg r o u n ds e r v i c e ss c h e d u l i n gs y s t e m ，a n dd e s i g n st h es c h e d u l i n gt a s k s f l o wg r a p h a g s a p c a nb u i l da na i r l i n eg r o u n ds e r v i c e sm u l t i a g e n ts c h e d u l i n gs y s t e ma u t o m a t i c a l l y f i r s t l y , s t u d i e dt h ew o r kt a s k si na i r l i n eg r o u n ds e r v i c e s ，t h r o u g ha n a l y z i n gt h e s ew o r k t a s k s ，s u m m e du pt h et a s k sf l o wo fg r o u n ds e r v i c e sf o rs i n g l ea i r p l a n ea n dd i v i d e dt a s k si n t o m e t at a s k sa n dd e f i n e dr e s o u r c en e e d e db ym e t at a s k s e c o n d l y , s t u d i e do r g a n i z a t i o no fa g e n t si nm a sa n dc o n s t r u c t e do n ew h i c hi ss u i t a b l e f o ra i r l i n eg r o u n ds e r v i c e sa n dc o m b i n e sc e n t r a l i z e dc o m m u n i c a t i o nw i t hd e c e n t r a l i z e d c o m m u n i c a t i o n t h i r d ly ，a n a l y z e da n dc o m p a r e dt h r e ea g e n ti n f r a s t r u c t u r e sa n dd e v e l o p m e n tp l a t f o r m s m a i n l yf r o ma o p a n da o s ev i e w p o r t c h o s e dj a d ea st h eb a s ep l a t f o r ma n ds u p p l e m e n t e d i td u r i n gi t sa n a l y s i sa n dd e s i g np h a s e s f o u r t h l y ，a st oa r c h i t e c t u r ei nc o n s t r u c t i n gs o f t w a r eu l ，a n a l y z e dm v ca n ds o f t w a r e d e s i g np a r e m s m v ca n dd e s i g np a t t e r n sm a k es o f t w a r es t r u c t u r ec l e a r , m a k ei te a s yt o d e s i g n ，m a i n t a i na n de x t e n ds o f t w a r es y s t e m f i n a l l y , d e s i g n e d a n d i m p l e m e n t e d a i r l i n e g r o u n d s e r v i c e sm a sd e v e l o p m e n t p l a t f o r m a g s a p a n du s i n gi t ，g e n e r a t e da na i r l i n eg r o u n ds e r v i c e sm a ss c h e d u l i n gs y s t e m t h r o u g har e a la i r l i n e sd a t a ，t h i sm a ss c h e d u l i n gs y s t e ma c h i e v e da b e t t e rs u c c e s s k e y w o r d s ：a i r l i n eg r o u n ds e r v i c e ss c h e d u l i n g ，m u l t i a g e n ts y s t e m ，m u l t i a g e n t o r g a n i z a t i o n ，a g e n t o r i e n t e d p r o g r a m m i n g ( a o p ) ，a g e n t o r i e n t e ds o f t w a r e e n g i n e e r i n g ( a o s e ) 中国民航大学学位论文独创性声明 本人卢明所早交的学侍论文是我个人住导师指导下进行的研究f ：作及取得的研究成果。尽我所 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， 也不包含为获得中国民航大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同j ：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了谢意。 研究生签名：趔日期 铷确? 3 o 中国民航大学学位论文使用授权声明 中国【t 航人学、中国科学技术信息研究所、国家图l 馆有权保留本人所送交学伉论文的复印件 和电子文档，可以采州影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。阶住保密魈i 的保密论史外，允许论文被布阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全 都城部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权中国【c 航人学研究生部办理。 研究生签名：趔 导师签名 期：基旦1 2 坦 中回民航大学硕1 学位论上 第一章绪论 飞机地面作业的管理，是利用科学的管理思想、方法和手段对作业现场中的要素， 如人( 操作者、管理者) 、设备、法规、环境、信息等进行合理配置，周密的计划、组 织、控制、协调、指挥和激励，使其处于良好的结合状态和有效的运行状态，保证各项 作业按照预定的目标，达到优质、高效、安全和均衡的生产。飞机地面作业系统则是指 这一系列地面保障工作按一定的优化原则和逻辑关系构成的有机整体。 航空公司提供的产品就是客运和货运，这些产品是以j 下点率、质量、价格等准则来 衡量的。对于航空运输业束晚，这些准则可具体表现为安全性、正点率、价格、服务质 量、行李托运的方便及可靠性等。航站运行控制中心的主要任务是对影响航班币常的因 素进行分析，制定出在各种不同情况下的改进措施。有效合理地组织好飞机在机场的各 项地面保障工作是航站运行控制部门的一项非常重要的工作。但由于此项工作涉及飞机 地面作业部、货运部、油料公司、食品公司、机务、联检等多个部门，牵涉面广，因而 给组织协调工作带来了定的困难。随着现代优化方法和计算方法的发展，借助现代信 息技术，建立用于辅助飞机地面作业计划的决策支持系统，越来越成为航空公司的共识。 随着民航事业的快速发展和枢纽航空港的建设，航班数量迅速增长，尤其是在大型 楸纽航空港，将会形成数个由航班到达波( w a v eo f a r r i v a l s ) 和离港波( w a v eo f d e p a r t u r e ) 组成的转机组合。在高峰期间需要大量的快速服务，枢纽港必须投入很多的设备、人员 等资源：而在两个高峰之问，大部分的资源却处于闲置状念或利用率不足状念。通过有 效的飞机地面作业组织，可以提高资源利用率，减少资源成本投入。 目前飞机地面作业的很多决策制度和运行管理都是以人工控制为主，每个部门对工 作的重点、目标都有不同的理解，加上缺乏有效的通信网络和信息束源，经常导致反应 迟缓，混乱或对工作产生误解，使部门之间的协调变得复杂。 一种统一的自动飞机地面作业调度系统，有望动态的获取航班进离港信息，根据现 r 资源，合理安排航班的地面作业进度，寻求整体地面作业最短周期，提高航班f 点率， 最人限度减少凯班延误。由于是利用动态信息，可以预先处理由于航班增加、天气恶劣、 计划变化、航班晚到和其它因素带来的变动，并生成多个合理的候选方案。 本文将针对飞机地面作业的特点，构造一种新的多主体系统组织结构，并运用算法 d s a f o 1 i 构建了一个飞机地面作业m a s 系统丌发平台a g s a p ( a i r l i n eg r o u n ds e r v i c e m u l t i a g e n t d e v e l o p m e n tp l a t f o r m ) ，机场町利用a g s a p ，不用编程就可以设计实现一个自 l 的何效合理的匕机地血作业调度系统。 中困民航人学坝 ：学位论文 第二章飞机地面作业调度分析 飞机地面作业是指从飞机进港直到飞机离港过程中，对飞机、旅客、行李、货物等 所做的一系列地面保障工作。飞机地面作业过程是人、设备、信息的合理组合，飞机地 面作业系统则是指这一系列地面保障工作按一定的优化原则和逻辑关系构成的有机整 体，它是航空公司保证飞行安全、航班萨常、优质服务和提高经济效益亟待解决的问题。 2 1 单机地面作业的描述 以目前国航所采用的b 7 4 7 飞机的过站保障为例，它的主要地面作业及其资源需求 状况如表2 一l 所示。 表2 1b 7 4 7 飞机地面作业内容及资源需求表 编号作业内容所龠资癫芨数量所属部门确定性 a e 机纠何，机务放轮档 机位( 1 ) ，轮档，( 拖车)机场当局，确定 ( 如b 机未能停靠剑位，维修公司 还需拖7 i i 牵引) b 廊桥或窖梯i 靠客舱fj廊桥( 1 ) 或客梯车( 2 )机场当局 确定 地面作业部 c 边防、一生检疫、海戈接 边防、下生不确定 机人员在机外与乘务检疫、海天 ， k 交接旅客、机纲名单锋筲相天部f j d 服务人员刮机舱口引导摆渡t - ( 根据旅客人数确地面作业部确定 旅弃f 机定) e 商务人员接舱单商务人员确定 f 清沾队清沾客舱清沾i 卞( 1 ) ，i 3 日z f 。t - j ( 根地面作业部确定 据情况确定) g 3 l ：t j l 用收餐1 ：并装食晶食品午( 1 - - 2 )食i i ! i 公司确定 h 上机向川丫解e 机状况 维修公司确定 检卉舱内设备完妤怙况 i 平台乍或传送带靠货舱升降平台( ”或传送带地面作业部确定 fj ，卸行李( ”行李车( 依据行李 数簧) 中囡民航人学6 f r1 学位论立= 表2 1 ( 续)b 7 4 7 飞机地面作业内容及资源需求表 编号作业内容所需资源及数量所属部门确定性 j 卸货升降平台( 1 ) 或传送带货运公司确定 ( 1 ) 、货乍( 依据货物数 营) k 装货升降平台( 1 ) 或传送带货运公司 确定 ( 1 ) 、货乍( 依据货物数 量) l 袈行李升降平台( 1 ) 或传送带地面作业部确定 ( i ) 行李车( 依据行李 数量) m 通知并组织上客机场当局确定 n 油料公司油乍剑何加油加油乍( 1 2 )油料公司确定 o 电源下靠机作业电源车、气源车、空调车、不确定 充氧车、残疾人车等( 随 安排随来) p 污水下、垃圾车，加水午饮水t - ( 1 ) 、清沾水乍地面作业部确定 靠机作业( 1 ) 、污水乍( 1 ) q值机人英送舱单等文什值机人员确定 r 火舱j机组 确定 s 拖1 i 拖山e 机拖乍( 1 )地面作业部确定 根据各工序之日j 的作业顺序和区域的不同，以及作业时间的长短，将表2 一l 中1 9 道工序进行简化分类，对有些不影响整体作业空日j 和时间的工序，如：商务人员接舱单、 值机人员送舱单等不做考虑，绘制飞机地面作业的网络图如图2 1 所示。从图2 1 可见， 飞机地面作业之l 剞具有一定的l j i 后关系，有些作业是可以并行处理的，有些作业是可选 的，图中用虚线表示。各个作业具有不同的资源需求，资源需求在表2 1 中进行了说明。 飞机地面作业资源需求的另外一个主要因素是各个作业的时间需求，各作业的时限要求 包括最早歼始时刻、最晚丌始时刻、设备到位与准备时间、作业时间、最早完成时刻， 最晚完成时刻等。 中国民航人学埘! f ：学位论史 飞7 噬水矿扩 蚓w o - 户p 图2 一l 飞机地面作业的网络图 2 2 飞机地面作业资源特征描述 通过对飞机地面作业的实地调研发现，飞机地面作业主要涉及以下六个部门( 见表 2 2 ) ，而机场当局和油料公司的运作不在航空公司的可控范围之内，在本研究中不予考 虑。地面作业子部分4 、5 的作业相对比较简单，作业可以在旅客离开后和旅客到来莳 进行，从时问的角度来看，这些作业在时间上的调整余地比较大，作业时日j 相对较短， 且相对的资源配备能够满足需要。地面作业子部分1 、2 的资源是按照难常情况下配备 的，因此在非正常情况下( 即航班进出港高峰期、由于各种原因造成的许多航班晚点， 导致所需资源的紧缺) ，经常出现由于作业调度不当，造成许多航班的延误，并导致后 续航班的累计延误。 表2 2 资源与部门关系表 部门作业内容 e 机地面作业部 各种作业印辆，设备的调度( 客梯、摆渡乍、饮水乍、污水下、清洁水车、垃圾 午、电源午、空调乍、气源乍、拖下，平台车、传送带、行李下) ，引导r 客， 细钐 j ：拜，机舱消沾、卸装行李 货远公r q 货物，邮什的卸装、运送币辆的安排 维修公司指挥e 机进位、放轮档，检商机状况、引导e 机推出 机场当局 安排e 机停放位置，廊桥作业 油料公司油下凋皮、e 机加油 食铺公d川收餐井装食品 4 中田民航大学硕f 学位论文 尽管小川的色机，具体的作业内容有所不同。但总的来说，大匕机的作业内容比小 匕机多，小飞机作业内窬相对简单一些。为不失一般性，我们以7 4 7 飞机为例，说明在 地冉i 作、过程中需要的资源种类、数量、作业特点、作用、和作! 业部门。( 见表2 3 ) 。 表2 3 地面作业资源调查表 资源数量作业特点、作用确定性作业部门 客梯乍 2 预先剑航班停机侮等待，_ 1 s 机剑何即帮助旅客和l ：作人确定地服乍保 靠上，中间不能离开，e 机关fj 后离员上f 屯机 开，等待f 一个任务。 加油巾 2 在e 机剑倪后与上客完成之间作业，为b 机加油确定油料公司 作业时间由加油数茸决定 摆渡1 i依据旅客山港航班：在远机何登机口等待，上运送远机位航班的确定地服乍保 人数 满旅客延送剑指定航班机位进港航旅客和机组 班：提前住航班机何等待，上满旅客 运送刨候机楼指定何置 拖( 拖把j l 住e 机得刮推山许可后，利川拖把( 符将e 机推剑滑行道确定地服乍保 合机删) 将e 机推山。作业时间较短， 一般是3 - 5 分钟 升降平台 1 e 机刨位即箍上，中间要在前后舱f j装卸集装箱行李和确定地服乍保 之间移动，装完行李并且在确认旅客平板货物 登机完毕后离开 传送带 l e 机刮化刚靶上，中间婴住前后胎f j装卸散装行李硐i 货确定地服乍保 之问移动，如果中间空余时间k ，可物 以离开处理其他航班装完行李， ：且在 确认旅客登机完毕后离开 清洁1 乍 l 预先刮航班停机伉等待，机舱清沾完返送清沾小组纠指 确定地服午保 成后，离开中间可以离开运送其他清；色机忙服务 j j ，组 食品乍 1 2 e 机剑俺即靠上，中间不能离开，完装卸餐食确定食品公司 成食品装卸任务后离开同基地 行李乍 依据行李传送带到何即靠上，装满后离开同候运送散装行李确定地服装卸 数蟮 机楼。作业的转移时间较长 中困民航大学坝i 学位论空 表2 3 ( 续) 地面作业资源调查表 资源数量作业特点 作用确定性 作业部门 货乍依据货物传送带剑传即靠上，装满后离开同货运送散装货物确定货运公司 数晕场。作业的转移时间较妖 平扳下依据 r 李平台1 i 剑何即靠上，装满后离开。作运送集装箱行李和确定货运公司 货物数耸业的转移时间较k 平扳货物 电源乍根据需要随安排随来 e 机a p u 故障不确定地服乍保 气源午安排b 机a p u 故障 空凋乍e 机空调故障 充氧乍 e 机供氧系统故障 残疾人乍 有残疾人登机 饮水乍l e 机到何后即可i ：作，作业时间短， 为e 机提供饮用水不确定 地服车保 巡亓f 式的服务，如没有位置可选择筲 消沾水乍 i 为e 机提供清洁水 ，什或离开处理其他航班 污水下 1为e 机排放 j 水 2 3 小结 分析归纳了飞机地面作业调度过程中的各个程序及其和资源、部门的关系，总结了 每一程序步骤的前后依赖关系，形成了一个完整的调度服务网络图。对调度资源详细分 析，与服务部门的关系，数量，特点等属性详细分析归类。这些分析归纳对我们的飞机 地面作业m a s 丌发平台中的实体( 元任务、资源等) 定义不可缺少。 6 中固民航夫学锄学位论义 第三章飞机地面作业调度m a s 系统软件结构 人们对单a g e n t 结构的研究已经很深入，从人工智能的角度研究a g e n t 结构，提出 了基于经典逻辑的a g e n t 结构，基于决策理论的a g e n t 结构，基于b d i 框架的a g e n t 结 构等等。1 。随着人工智能和软件工程研究的深入，人们对a g e n t 的认识也越来越趋向一 致，不管足从人工智能方面对a g e n t 的强定义，还是从软件工程方面对a g e n t 的弱定义， 最终都是要他们能够解决问题的。随着计算机系统越来越复杂，如何将a g e n t 集成起来 解决复杂问题则更具挑战性”1 。建立主体的结构框架，为主体的协作求解提供有组织的 环境和约定规则“1 ，成为人们今后研究多a g e n t 系统的重点。 3 1a g e n t 组织结构介绍 a g e n t 的组织结构是指a g e n t 之删的角色、关系、职权的组织关系，它们支配a g e n t 的行为口j 。所有的多a g e n t 系统都存在这种组织关系，有显式的、隐式的等等。这些组 织天系类似f 人类社会的组织关系，它们决定a g e n t 之间如何交流，共同完成任务，有 助于a g e n t 结合成小组完成复杂的行动，降低每个a g e n t 所需要的复杂推理过程：组织 的大小、形式、特点将影响系统的行为【6 l ，因此，选择何种a g e n t 组织结构，将对特定 问题产生重要影响7 8 , 9 1 0 1 1 】。 在多主体系统( m u l t i a g e n ts y s t e m m a s ) 中，组织是一种有效的求解方式。组织可 以辅助多a g e n t 保持一致性，是协调a g e n t 意图、规划和行为的有效方式，组织结构还 可以降低通汛量和管理，几余行动，松弛相对无关约束，简化问题，提高求解速度。但是， 没有一种力能的组织很好地适应所有情况【8 1 2 ，在有些情况下，对特定问题，单一的组 织结构无法很好地解决问题，往往需要混合使用某些组织结构 1 3 , 1 4 】，但是这样会增加计 算和通讯负担，增加系统复杂性，影响系统性能1 9 】。 3 2a g e n t 组织结构分类 人们根据使用过程中的具体问题，归纳和抽象了多种a g e n t 组织结构，下面是几种 主要的a g e n t 组织结构： ( 1 ) 基于协商的合同网协议 中回民航天学影! f 学位论文 当个a g e n t 发现自己面临的问题难以独立求解或者合作求解更有效时，通过与其 他a g e n t 的协商，将其部分或全部任务委托给其他a g e n t 束完成，这样，在委托和破委 托a g e n t 之i t 日j 便形成了坝客与服务员关系类型的组织。设计合同网协议的目的是为交互 提供个可以自适应的任务分配框架，最初使用合同网协议为a g e n t 分配任务时并不提 供任何的报酬。后来改进成通过报酬奖励换取服务的方式。 ( 2 ) 基于依赖关系的社会推理 这种组织的形成是通过对a g e n t 之间依赖关系的社会推理，发现与目标有依赖关系 的其他a g e n t ，并与之形成不同形式的合作组织。一个a g e n t 提供其他a g e n t 需要的服 务，f _ j 时也需要其他a g e n t 为自己提供服务，这就是a g e n t 之删的社会依赖。为了使 a g e n t 町以对相互问的依赖关系进行推埋，需要在每个a g e n t 的内模型中设计一个外部 描述数据结构，用于保存其他a g e n t 的目标、动作、资源以及规划等内容。a g e m 之问 的依赖关系町以分为行为依赖。资源依赖以及兼有两种依赖。 ( 3 ) 基于对策论的联盟形成 基j 。对策沦的联盟形成以对策论的人合作为理论基础。通过联盟效用的计算与分配， 根据a g e n t 个体、联盟和群体理性原则，在a g e n t 之间形成不同的联盟。对策论中联盟 形成不考虑多a g e n t 环境下的各种约束，比如通信开销、计算资源的限制等，因此，用 对策论解决多a g e n t 组织形成问题时需要对联盟形成模型进行相应的改造和算法设计。 ( 4 ) 丽向结构的组织形成方法 多a g e n t u j 题求解中表现的组织形念就是组织结构，现在对组织形念越来越采用显 式的表示方式。显式的定义组织结构，可以根掘角色的要求招募a g e n t 加人组织，并在 组织的形成过程中考虑组织的需要、候选a g e n t 能力以及收益等问题。 到目i j i f 为止，已经对各个领域的特定问题提出了多种a g e n t 组织模型，但是没有哪 一种模型足力- 能的，般是对于某一类问题建立一种组织模型。表3 1 是各种具体的 a g e n t 组织结构模型及其分类。 8 中国民航人学坝l ：学位论文 表3 - 1 多a g e n t 组织模型对比 9 中圆民航人学帧 j 学位论文 针对特定i q 题设计相应的组织模型可能是比较好的策略，没有一种通用的模犁能够 适应所有问题，以上提出的a g e n t 组织模型都各有优缺点，在使用的时候，必须结合所 要解决的问题组合优化一种合适的模型。通常设计a g e n t 组织模型时，要考虑模型的健 壮性、通信量的多少、运行性能、模型实现的复杂性等等。 3 3 飞机地面作业m a s 系统中的a g e n t 组织结构 根据综合分析- 我们针对飞机地面作业调度问题提出了一个两级联盟的多a g e n t 组织 结构，如图3 。1 ： 图3 - i 飞机地面作业m a s 系统中的a g e n t 组织结构 上面两个a g e m ：b l a c k b o a r d 、r e s a d m i n 作为两个独立的a g e n t ，是第一层，他们负 责地面作业任务分解，资源总调度：下面的多个小组是第二层，组内的a g e n t 互相协作， 有一个统一的协调a g e n t ，协调a g e n t 只是组内协调，而不对上层负责，由a g e m 自己 取lf ：层通讯，这样可以缓解统一协调的通讯瓶颈问题。 3 4 飞机地面作业m a s 系统软件体系结构 根据3 3 节对飞机地面作业系统中的a g e n t 组织结构的建立，此处设计了飞机地面 作业调度m a s 系统的软件体系结构，如图3 - 2 。图3 - l 是m a s 系统中的a g e n t 之f 日j 建 立的一种关系，是逻辑结构，图3 - 2 则是建立软件系统的物理结构，有了它，就可以建 立飞机地面作业m a s 系统，而系统中的a g e n t 之间的关系，则属于a g e n t 组织结构。 0 中田民航入学埘! l 学位论史 图3 2 飞机地面作业m a s 系统软件体系结构 整个体系结构中存在四种a g e n t ：唯一的黑板b l a c k b o a r d ，唯一的资源管理 r e s a d m i n ，多个协调器c o o r d i n a t o r 和多个成员m e m b e r 。这些a g e n t 运行在j a d e 提 供的基础服务设施上。b l a c k b o a r da g e n t 负责动念获取过站航班信息，分解地面服务任 务为子任务，接收m e m b e ra g e n t 的子任务查询请求，答复子任务列表，接受申请并分 配r 任务。r e s a d m i n 负责地面服务资源的管理，监视资源申请，分配空闲资源。 c o o r d i n a t o r 是面向资源的，每种资源分配一个c o o r d i n a t o r ，它管理拥有该资源的不同 m e m b e r a g e n t 的资源使用状况，为协作提供高效的保障。m e m b e r a g e n t 是最小的服务 实体，负责处理一个元任务。它从b l a c k b o a r d 申请元任务，进行规划并实现。m e m b e r a g e n t 是“热心的”，当其他m e m b e r a g e n t 请求帮助并且它自己空闲时，m e m b e r a g e n t 总是出手帮忙。所有这些a g e n t 都运行在j a d e 提供的基础服务设施( j a d ea g e n t i n f r a s t r u c t u r e ) 上，j a d e 是f i p a a g e n t 标准兼容的多a g e n t 开发平台，提供a g e n t 管理、 通讯、黄页、白页服务等。 3 5d s a f o ( d y n a m i c s c h e d u l i n ga g e n tw i t hf e d e r a t i o no r g a n i z a t i o n ) 算法 飞机地面作、止资源调度存在3 个基本的特征：异步性、理性有界性和局部求解偏好 性| z 。在某嵝任务的执行过程中，其它的资源和任务状态可能已经发生了变化，即异步 性：由f 各种资源的优化组合会出现n p 难问题，因此，从整体调度来看，应首先考虑 较优的，而不一定是最优的调度方案，即理性有界性；另外，从实际工作中资源的局部 特性来看，控制各资源的职能部门有局部满意的偏好。利用3 3 节的a g e n t 组织结构和 本节的d s a f o 算法可以较好的解决这些问题。 中田民航人学坝f ：学位论义 ：避受叠章醚? ：卜一 图3 3 单机地面服务任务关系图 d s a f o 是为3 3 节的a g e n t 组织结构设计的一种新的利用多a g e n t行调度的算法 算法步骤如下： ( 1 ) 黑板动念接收航班计划以及进出港航班信息，按照图3 2 和图3 3 产生资源调度 作业任务及其时限要求，时限要求包括最早丌始时刻、最晚丌始时刻、设备到位与准备 时间、作业时间，最早完成时刻、最晚完成时刻等。 ( 2 ) 资源调度a g e n t 拥有独立的时问轴，从黑板获得本资源相关的未分配作业。 ( 3 ) 资源调度a g e m 定时( 每个心跳) 主动向黑板发出请求，查询所负责的新任务。 若新的任务在某个a g e n t 所拥有资源的时间轴上能明确找到满足陔任务时限要求的空 闲t j ，r 段，则将陔窄渊时段分配给该任务，并向黑板提交承诺负责该任务。没有新任务时 候，陔a g e n t 闲胃至下一心跳。 ( 4 ) 若某个任务在所有相关a g e n t 资源的时间轴上都找不到能满足自身时限要求的 时段，但若将某个a g e n t 时间轴上已经安排的任务在时限要求限度内向前或向后迁移， 就可安排出满足任务要求的时段，则迁移已经安排的任务，并安排新任务。 ( 5 ) 若某个任务找不到满足( 3 ) 和( 4 ) 条件的a g e m ，则浚任务立即向该资源的 c o o r d i n a t o r a g e n t 提出请求。c o o r d i n a t o r a g e n t 考虑组内所有a g e n t 的时间轴占用情况， 若所有a g e n t 时间轴上的空闲时段之和大于该任务的时限要求，则在组内a g e n t 之间进 行单a g e m 时间轴上的任务迁移和多a g e m 之间的任务转让，集中多个a g e m 的空闲时 段到某个特定的a g e n t ，并将此时段分配给新任务。 ( 6 ) 若某个任务找小到满足( 3 ) 、( 4 ) 和( 5 ) 的a g e n t ，只有推迟恢任务，航班延误。 中国民航人学倾1 。学位论文 ( 7 ) 所有a g e n t 在任务分配确定后，向r e s a d m i na g e n t 汇报自己的任务分配状念。 r e s a d m i n a g e n t 负责按照图3 3 检查单机作业之间的偏序关系，并协调各个a g e n t 分组 之间的时序约束。 结合图3 。2 的体系结构，上面的算法考虑了飞机地面作业资源调度中的3 个特征。 通过多a g e n t 的分布性，和资源管理a g e n t 及协调a g e n t 的协调，可以有效地解决飞机 地面资源调度的异步性；通过黑板a g e n t 整体调度和成员a g e n t 的局部寻优，针对飞机 地面作业资源凋度，保证了有效获取整体较优解，而不追求最优的调度方案，满足了理 惟有界性；算法的3 、4 步说明a g e n t 有局部满意的偏好，如果能够满足要求，就不会 再迭代寻求最优。这些特点能够保证在合理的时间内得到较优解。d s a f o 通讯信道见 图3 - 4 ： 3 6 小结 j s i m i l a rg t m p e dc h a n n e l 图3 4 d s a f o 通讯信道 通过研究a g e n t 组织结构，建立了一种两级联盟的a g e n t 组织结构，这种结构在通 m 和效；善i ：耿得很好的3 f 衡，能很好的适应飞机地面作业调度这样的分布式调度f 口j 题。 针对飞机地向作业调度问题中存在的三个特点，利用为这种a g e n t 组织结构建立的 d s a f o 算法，建立了飞机地面作业m a s 系统的软件体系结构，为设计实现飞机地面 作业调度m a s 丌发平台打下基础。 中固民航人学坝i ：学位论史 第四章a o p ，a o s e ，a g e n t 开发平台的比较与选择 4 1 a o p 简介 面向a g e m 编程由s h o h a m 于1 9 9 3 年提出，作为一种新的编程方法，是面向对象编 柠的。种特化。基于两个事实，他把对象作为设计智能a g e n t 的基础。第一，a g e n t 拥 有的行为能力可以映射到对象的方法；第二，a g e n t 维持的内部状念，即a g e m 的心智 状态，可以由对象的内部私有数据柬表示。a o p 具有便于描述、能嵌套表示以及超陈 述性编程等优点1 2 9 j 。 s h o h a m 认为，一个完整的a o p 系统包括三个基本组件： ( 1 ) 具有清晰句法和语义的受限形式语言，用来描述心智状态，每个心智状念唯 一由几个模态算子如信念和承诺组成。 ( 2 ) 一套解释性编程语言，定义和控制a g e n t 。 ( 3 ) 一个a g e n t 转化器，用束将部件转化为可编程的a g e m 。 艇f 以卜理论，在s h o h a m 之后，产生了很多a g e n t 编程的语言，比如a g e m s p e a k 3 1 1 d a i s y0 2 1 ，m e t a t e m1 3 3 1 ，c o o l 3 4 1 等，这些语言使用面向对象方法中的概念。 还有很多使用面向对象语言( 如c + + ，s m a l l t a l k ，j a v a 等) 开发的多a g e n t 系统，而 且随着分布式人工智能( d a i ) 的发展，面向a g e n t 的编程越来越成为设计复杂的分布式 的应用程序的热点。 面i 二1 a g e n t 的软件工程( a o s e ) 和a g e n t 开发平台环境( a d e ) 的研究越来越多， 由理论向现实系统的过度越来越近，a o p 在其中将扮演主要的角色。 4 2 a o s e 简介 软件 程和人工智能，特别是分布式人工智能( 表现为基于a g e n t 的计算) ，使得面 向a g e n t 的软件工程( a o s e ) 成为研究热点。人们开始将软件工程和基于a g e m 的计 算结合t 以寻求一种正确的方法学和建模技术，将软件a g e m 应用到软件开发的过程中。 4 中圜民航凡学6 鲰i 学位论殳 随着软什系统的复杂化、大型化、丌放性、动态性、运行的不可预知性、异种平台 的l 操作性、高度交互性等等，软件工程对于软件丌发越柬越重要。a g e n t 和多a g e n t 技术的出现，使得基于a g e n t 计算有望成为建造这些系统的解决之道。 软件工程的两个主要阶段是分析和设计阶段。面向a g e n t 的软件工程将提供方法学和 建模技术。目自i j a o s e 分为三类：面向a g e n 价d u l t i a g e m 的方法学( a o m ) 、基于面向 对象的方法学、面向对象建模技术u m l 的扩展a u m l 。 4 2 1 面向a g e n t m u l t i a g e n t 的方法( a o m ) 这种方法没有显式作为带有a g e n t 实体的软件的软件工程，而是针对软件工程的两个 丰要阶段分析和设计，构建面向a g e m 的软件系统。它是传统软件工程包括面向对象软 件_ 1 i 枉的肇命性改进，认为o o s e 不足以对a o s e 建模，认为a o s e 集中于m a s 的建模。 a o m 的缺点之一是目前m a s j i ：发平台环境缺乏标准，而且a o m 缺乏分析和设计外其他 环节的规范。 g a i a 3 5 i 是a o m 的一个较有影响的方法。它是由英国利物浦大学计算机科学系的 w o o l d r i d g e 等学者提出的。g a i a 方法将软件开发过程大致分为三个阶段：需求分析，软 什设计和实现，方法本身只涉及和支持需求分析和软件设计这两个阶段的丌发工作。 g a i a 方法的系统建模思想来自于社会学和组织学。m a s 是一个社会或者组织，组织中的 个体是一个个的a g e n t ，每个a g e n t 扮演了组织中特定的一个或多个角色，一个角色也可 以山组织中的多个a g e n t 所扮演。基于g a i a 的软件开发需要建立不同抽象层次、不同视 点的血个相互关联的系统模型，包括角色模型、交互模型、主题模型、服务模型和熟人 模型。 其他a o m 方法：c o m o m a s 、m a s c o m m o n k a d s 、s o d a 、r o a d m a p 等等。 4 2 2 基于面向对象的方法 与a o m 方法不同，这种方法把软件组件实体( a g e n t ) 认为是能够完成任务的“对 象”，也就是它把a g e n t 看作“一种特殊的对象，这种对象能够完成某种工作”。 比较有影响的是m a s e ( m u l t i a g e n ts y s t e m e n g i n e e r i n g ) ，是f l = i s c o u a d e n o l d 提出的 一个通用的、支持异构多a g e m 系统丌发的面向a g e n t 开发方法【3 6 】。它的目标之一就是要 支持异构m a s 的丌发，允许不同的a g e n t 具有不同的体系结构，所丌发的面向a g e n t 的软 件系统町以部署在不同的平台上执行。咳方法不限定应用领域，独立于特定的a g e n t 体 系结构( 反应式、b i ) i 、混合或自定义等等) 、程序设计语言和通信框架。图4 1 描述了 中田民航人学帧| 学位论殳 m a s e 方法的详细) f 发步骤以及各个步骤所需的软件丌发活动。 获取目标 麻用u s e c a s e 提炼角色 创建a g e n t 类 创建对活 装配a g e n t 类 系统设计 图4 1m a s e 方法的软件开发步骤 基于面向对象的方法还有：k g r 、m a s s i v e 等等。 4 2 3 面向对象建模技术的扩展 分 析 设 计 这种方法强调对现有面向对象建模技术进行扩展以适应面向a g e n t 软件工程，尤其以 u m i 。扩展a g e n tu m l ( a u m l ) 。这是因为u m l 已经成为面向对象建模技术的工业 标准，有很多系统已经在使u m l ，u m l 取得了很大的成功，被对象管理组织( o m g ) 作为软件t 稃的建模标准。因此，a g e n t 管理协会f i p a 和对象管理组织o m g 合作，力推 将【j m l 扩展a u m l i 3 ”。 6 中田民航人学坝 j 学位论文 4 3 基础a g e n t 开发平台和x m l 解析器的选择 4 3 1 基础a g e n t 开发平台的选择 随着a g e n t m u l t i a g e n t 理论研究的不断进展，人们试图真正使用a g e m 建造复杂的 系统，为了方便m a s 系统的开发，人们将m a s 系统中的一些共性问题建立了许多基 础设施，来减小m a s 系统开发的难度，包括a g e m 的自身结构、a g e m 生命周期的管 理、a g e m 的通讯管理、a g e m 名字解析服务、a g e n t 服务查询等等。已经出现了各种 a g e n t 开发平台，j a d e i ”i ( j a v aa g e n td e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ) ，z e u s i ”1 ，m a