（计算机应用技术专业论文）多智能体系统开发集成环境中主体功能模块的设计和实现.pdf

中南大学硕士毕业论文 摘要 复杂机电系统中普遍是由多物理过程交互作用( 即耦合) 最终形成系统 功能。这类耦合问题涉及多过程、多参数的多重耦台问题求解难度很大。 应朋并行j ：程( c o n c t l r r e l l te n g i n e e r in g ) 的理论与方法，在局域网上采用 多个智能体进行并行协同设计，有可能在形成耦合的诸多因素上获得全局最 优解。 本文以该问题求解为背景研究、设计并实现了一个多智能体系统集成开 发环境阐述了建立多智能体系统开发集成环境相关的理论与方法介绍了 多智能体系统开发集成环境中核心模块的设计思想利实现方法，并且实际构 造了一个多智能体系统，对上述的理论方法进行了很好的验证。通过实际的 验证，上述的理论方法可以有效的解决类似于复杂机电系统耦合并行求解的 问翘。用户可在该集成环境下开发各种实际的多智能体系统。集成环境提供 了并行分布求解的核心支撑模块，并为州户提供了一组相关的接口和监控程 序，从而大大减轻了用户开发过程中的实际工作量，实现了求解模型和方法 的重用。 智能体的开发主要包括智能体通信、管理和智能体中的知识表示等方面。 集成环境以面向对象的方式为用户提供了实现智能体应用的基本原型，用户 通过扩展该原型可以方便的生成具体智能体。集成开发环境通过主控：诲点来 描述实际系统的各种通信规划和数鳖规则。通过分布式管理者协同监控和管 理整个计算环境，通过信使来实现异步通信和通信消息的存储和转发，通过 地址服务器、智能体析构者等辅助模块实现了多智能体之间的通信和管理功 能t 从而用户可以集中精力在具体智能体的应用逻辑上有效地提高了开发 效率。 最后，文中以机电系统中的四辊板带轧机模型问题为例子阐述了本集成 环境在实际环境中的使月；| 。 关键字并行1 _ ：程多智能体系统集成开发环境分布式管理者信使 中南大学颂j ：毕业论文 a b s t r a c t a1 0 to fi n t e r a e t io n sb e t w e e np h ys i c a lp r o c e d u r e s ( i e c o u p li n g ) a r er e q a ir e ( it of o r ms ys t e mf u n c t i o n se y e n t h a l l yine o m p l e xm e c h e n i e a l a n de 1e c t r ic a l s y s t e m c o n e e r n i n gm e l t ip 1e c o u p l in gb e t w e e n p r o c e d l i f esa n dp a r a m e t e r s 。t h e s ec o u p li n gp r o b le l l i sa r ev e r yd i f f ie u l t t or es 0 1 v e a p p l i n go ft h et h e o r ya n dm e t h o do fc o n c u r r e n te n g in e e r i n g a n d m a k in gus eo f m u l t i a g e o tp a r a l le 1 c o o p e r a t i o ns o lv in ga tl a n n e t w o r k m a yg a i n t h eh es t a n s w e ro ft h eo v e r a l l s i t u a t io n int h e m u l t i p l ec ol i p l i n gf a c f o r t h e t h e s isr es e a r c h s 、de s ig n sa n di m p l e m e n t sam u l t i a g e n tsy s t e m i n t e r g r a t e dd e v e l o p m e n tp l a t f o r ms e t t i n gf o rs o l v i n gt h ep r o b l e ma n d e x p o s e s t h er e l a t i n gt h e o r ya n dm e t h o do f t h e d e v e l o p m e n t o f m u lt i a g e n ts y s t e mi n t e r g r a t e dd e v e l o p m e n t p 1a t f o r m i ti n t r o d u c e st h e d e s ig nid e aa n di m p l e m e n tm e t h o do ft h ek e r n e l m o d u l e so fm u l t i a g e n t s y s t e mi n t e r g r a t e d d e v e l o p m e n t p l a t f o r m a n d c o i l s t r u c tar e a l m u l t i a g e n ts y s t e m t h e s y s t e mw e l iv a l i d a t e st h e a b o v et h e o r v m e t h o d - b yt h ep r a c t ic eo ft h ea b o v et h e o r y m e t h o d ，i tc a ne f f ic a c i o u s s o lv et h ep r o b le m ss u c ha s c o m p le xm e c h a n ic a la n de le c t r jc a l sy s t e p a r a l l e lc o o p e r a t i o n s o l v i n g u s e r sc a n d e v e l o p al o to f d r a c t ic a l m u l t i a g e n ts ys te mb yi t i n t e r g r a t e d d e v e l o p m e n tp l a t f o r ma f f o r d st h e k e r n e lm o d u le so fp a r a l l e ld i s t r i b u t i n gs o l v in ga n da f f o r d sas e r ie s o fa g e n t a p ia n dm o n i t o rp r o g r a m ，t h e r e f o r e t h ep r a c t i c a lj o bo ft h e us 。is g r e a t lyc u t t e d ，i m p le m e n t st h er e u s eo ft h es 0 1 v i n gm o d e la n d m e t h o d ，t h 。d e v e l o p m e n to fa g e n ti n e l u d e st h e c o m m u n ic a t i o no fa g e n ta n d t i l e 8 。p r es s i o no fk n o w l e d g ei n a g e n t te t c t h e p l a t f o r ma f f o r dt h e p r o t o t y p e o f i m p le m e n t in gt h e a g e n t s a p p l i c a t i o n u s e rc a n e a s v 。8 t 。8 9 8 “th y8 x t e n di t - i n t e r g r a t e dd e v e l o p m e nl p l a t f o r md es c r ib e s i v 中南大学硕士毕业论文 t h er u l e so fc o l l l b l l q i c e t t i o r ta n dh u m b e rb yt h ec e n t r a lm o l l i t o rn o d e i t m o n i t o ra n dm a n a g e h eo v e r a l lp 1 a t f o r mb yt h ed i s t r jb 1 1 t e di l l o , l l a g e f s i t i m p le l n e n ts t h e a s y n c h r o n o u sc o n l l n u r l ic a t i o na n dt h e s t a y ir l g o f c o l l l m u l l i c e t t io nm e s s a g e s b y t h em e s s e n g e r i ti m p le l l l er l t t h e c o 1 l m t l n ic a t i o i la n d1 t l a n a g e sf ur l c t i or lo fm u l t i p l ea g e n t 8b ya c c es s o r i a l m o d u l e ss u c ha d d r e s ss e r v e r sa n da g e n td e s t r o y e r u s e rc a t ic o d c e r l t r a t e o i lt h ea p p l ie d 1 0 9 i co ft h ea g e n t ，t h e r e f o r e ，i tg r e a t l yin c r e a s et h e d e v e l o p m e l l te f f ic i e i l c y i nt h e e n d ，t h e t h es is i n t r o d u c e sa p r a t , i c a le x a m p l e o ft h e a p p li c a t i o no ft h e i n t e r g r a t e dd e v e l o p m e n tp 1 a t f o r mo ns o l v i n gt h e o r o b l e mo ff o u rf o l l e r $ r 0 1 1 i r i gm i l l0 ft h em e c h a n i c a la n de 1e c tr ic a l s y s t e r a k e y w o r d s c or i c h f f o l ll e n g i n e e r i n g ir t t e r g r a t , e d 1 ) e v e l o p l l l e n t p 1e t t f o rr a d is t r i b u t e d m a n a g e r m u l t i 一? t g e n ts y s t e m m e s s e i l g s r v 中南大学硕士毕业论文 1 1 前言 第一章绪论 随着计算机在各行各业的深人应删。产生了许多无法求解的阔题，对 这些问题的研究得知，问题的难解性一般可以归结为如下两条： ( 1 ) 问艇小存在一种能够求出精确解的描述或算法i 或者即便问题存 在一种求出精确解的算法却不存在能在台理时间内求山精确解的并法。 ( 2 ) 问题本身的规模可能大到无法在 台计算机上解决，或者即使能 用一台巨型计算机解决，在成本上却有可能不划算。 当求解如卜的复杂问崩或者是涉敷到多领域知识的问题时，通常使用 分而治之( d iv i d ea n dc o n q u e r ) 的办法来解决，也就是说可以借助丁计 算机网络通过网络来并行求解以降低成本。由于微型计算机的广泛使用， 使得这设想成为可能。 随着计算机技术的不断发展，计算机软件系统结构和计算机组织结构 的复杂性不断增加，从而为软件系统的开发提出了更多、更复杂的要求， 如可伸缩性、多功能性、可重用性、健壮性、一致性。传统的整体设计和 集中控制的软件开发方法越米越显示山其固有的局限性。一些大型系统纷 纷采用了分布式人工智能的方法。分布式人工智能有两个主要要求：一是 健壮性，另一个是互操作能力。分布式人一。智能一般分为分布式问题求解 和多智能体系统( 蜡 s m u l t 卜a g e t l ts y s t e m ) 。分布式问题求解考虑怎样 将一个特殊的求解问题在多个合作的、知】识共享的模快之间划分。在多智 能体系统中主要研究绸自治的智能体之间行为的坍调。知识、规划、 不同拄能和自身动作的协词是一个过程，在多智能体系统中非常重要。 多智能体系统的研究已经成为人工智能甚至足计算机科学的研究热点。专 家预测，在来米五年内下一代软件技术一一软中i ：代理技术将极人地改变 当今企业的组纵和行为方式。同时，软件代理技术的逐渐成熟将对目前流 行的软件开发技术产生革命性的影响井通过对更多智能拳l 协作的引入， 使今天龠耍人参与的“刨造性j ：作”都可毗由独立的代理米完成。 中南大学硕“i ：毕业论文 a g e n t 一般耍具备以+ f 性质：1 ) 自主性：a g e n t 能实现对自我行为与 状态的控制。无需其他人或程序介入；2 ) 反应性：能够感知和响应所处 环境的变化；3 ) 协作性：能够借助通讯机制与其他a g e n t 或用户协同二r = 作和解决冲突，以完成自身无法独立求解的任务；4 ) 通讯能力：a g e n t 能通过某种通讯机制或通讯语言与其他实体交互：5 ) 适应性：具有目标 驱动的行为和动态适应能力：6 ) 连续性： a g e n t 的运行过程是持续的【”。 单个智能体的能力是有限的。实际应用中往往构造一组在网络上松散 耦合的a g e n t ，它们之问通过自主、交互协同解决些复杂的问题。这样 就构成了多a g e n t 系统( m a s ：m “l t i - a g e nc s y s t e f t ) 。m a s 采俐系统 ： 程中分解协调思想，把复杂问题分解成若干个子问题，分配到各a g e n t ， 由他们分别解决子问题的独立部分其关联部分通过协同解决”。 展望中的第六代语吉，很可能是使埘了面向智能体的软什，1 ：发弛例。 p or l t 和m o r e 0 1e 提出了基下翘能体的软f l ：i ：挥 4 1 ，这利开发方法的优点 是便于软件的创建- 有很强的互操作能力。它代表了一种新的、功能强大 纳解决人规模软什j i 狂问题的方法。牲该方法f = ，廊川抖序编qj , j 软件智 能体，即软制：4 = ；! j f l ：，这些构什之间通过钾能体通信语言可以进行比忤通消 息传递更加规范，更加明确的通讯。智能体通信语言的显著特点就是其表 达性允许数据和逻辑信息、单个命令和襁序的交。l = c i 丁钳能体通信语 言贝有平台无关性，在异构环境下更能体现出面向智能体编程方法的优越 性。 相对于对琢而青，智能体是一个粒度更大、智能性更商、具有一定自 主性的实体。但是在很多方面两者具有共同点。例如封装性、继承性、多 态性as h o h a m 认为面向智能体编程( a o p ) 是面向对象编程的一种特例1 5 】 o o p 的对象的i 部状态被a o p 规定为心智状态，例如知j 识、信念、能力、 承诺、目标等r 每一种心智状态都有一定的含义。对象之间的消息传递被 基于语言动作的通信原语所取代，例如通知、请求、承诺、拒绝等。从工 程的角度来看，面向智能体( a o ) 的方法是面向对象( 0 0 ) 的方法的一种 特例。a o 和0 0 的区别在_ 】二面向对象的程序设计中，信息的意义根据对象 的不同而有所不同t 而在基于智能体的程序设计中，智能体使用一种通用 的语言，它具有与智能体无关的语义。智能体和对象之间的另一个不同是： 中南大学硕士毕业论文 与由其目标描述的智能体相比对象通常没有任何自治性；而每个智能体 自治地，独立的试图完成它们的目标而不需要外界的指令。智能体通过 规划实现日标，i ：且各个智能体的规划各不相同。软件对象_ i ；e 本质。 ：是被 动的，而现实世界中的对象，i ：不仅仅是在系统的指令下“使用同一个方 法”，它们有自己的目标和规划。因此进行面向智能体的软彳f | + 开发方法年 开发环境、面向智能体的程序设计方法、智能体的定义或描述语言的研究 和设计是多智能体系统理论和技术成功应i ；l j 的关键，是多智能体研究成果 的直接体现，各种基于语言的智能体或智能体开发工具的山现是智能体技 术被广泛接受和使用的重要过程和成功的标志。 1 2 多智能体系统的研究现状 目前对多智能体系缆的研究主要集中柜以f 几个方丽i 智能休科1 多智 能体的理论、智能体的体系结构和组织、智能体语言、智能体之问的协作 和执调、通信丰 i 交互技术、多智能体学习以及多智能体系统应崩等。在多 智能体的麻j i 方面已经有人做了大量的t 作，甚至麻用于一些犬荆、复杂 的系统，例如机场管理1 ，自动驾驶【”。高级机器人系统【9 l ，分布式电力 管理”。但多智能体系统极为复杂，且涉及学科领域范围相当j “，因此 各个不同的多智能体系统难以在基础上达成一致。各个多智能体系统不是 基于同一实现模式构造，从而在实现中更多的是面向实际问题，如电子商 务”1 1 、a g i l e 制造i ”、并行设计】、机器人足球 14 1 等等，因而造成了一 个成功的多智能体系统的构造方法难以顺利地推“到其它多智能体系统 上去。 多智能体系统开发集成环境是在八十年代中期提出来的，目的是为各 种多智能体系统提供个集成的设计开发运行环境。进入九十年代后多 智能体系统开发集成环境的思想、方法和技术以及应用在深度羽l 广度方面 迅猛发展。总的来说，目前研究基本上处于起步阶段，许多重要的问题需 要进一步的研究目前对于智能体和多智能体的研究包括智能体和多智能 体的理论、智能体结构的组织、智能体语言、规划、通信和交互技术、智 能体之间的协作和协商等方面。 近年来，分别以i n t e r n e t 技术为核心乖以分布式对象技术为核心的 生塑盔兰! ! 土望些丝兰一一 应用系统集成对分布式c 1 i e n t s e r v e r 计算机系统集成平台提出了新的 需求集成平台要求支持并类应用程序的集成、支持基_ 丁广域网的全球 应用、支持各客户之间进行协同工作。基于智能体的软件工程提出：应 用程序编写为软件智能体，即软件构件这些构件之间通过智能体通信 语言可以进行比普通消息传递更规范、更明确的通信。智能体通信语言 的显著特征是其表达- | 生，允许数据和逻辑信息、单个命令和程序的交换。 例如，知识查询与处理语言( k q m l ) is 1 就是一种软件a g e n t 之间的通信语 言。由于智能体通信语言具有平台无关性，在异构环境。f 更能体现山面 向智能体编程方法的优越性。基于智能体的分布式计算环境模型是一组 相互作用、协调工作的智能体组成的计算系统，主体之间的交互关系为 请求服务关系是一种完全对称的分布式系统。图1 1 给出了基于智能 体的分布计算模型。在基于智能体的分布计算模型中，系统基本单元的 智能体可以具有客户和服务器的功能，智能体之间通过请求服务方式， 在约定的的协作镱略下协同工作。 图1 1 基于智能体的分布计算模型 在基于智能体的分布计算模型上，将公共对象请求体系结构和 i n t e r n e t 技术结合起来。建立了公共主体请求代理体系结构 c a r b a ( c o m m o na g e n t r e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 。c a b a r 主要由四 部分构成；软总线主体请求代理a r b ( a g e n te e q u e s tb r o k e r ) 、主体应 用框架a p p f a c i l i t i e s 、主体领域模式h p p p a t t e r n 、主体服务 h g e n t s e r v i c e s 。c a r b a 是以主体请求代理a r b ( a g e n tr e q u e s tb r o k e r ) d 中南大学硕土毕业论文 为核心的分布式构件管理机制，它定义了分布式主体通过a r b 透明的发送 请求和接收响应的机制；主体应j = i ；| 框架a p p f a c i l i t i es 将从水平和垂直方 向提供主体构件；主体领域模式a p p p a t t e r n 是按照应用领域的需求构 建各种具体的与领域彳关的模式或模板；主体服务a g e n t s e f v c es 按照各 种所需的主体服务，如主体生命周期、主体库、命名、访问等。c a r b a 可 以很好的实现在异构分布式计算环境下按照功能分解系统，划分系统框架 以及按照需要集成各个功能部件灵活组成系统等目的。在公共主体请求代 理体系结构c a r b a 的构件思想的指导下，中科院设计了a o s d e 的体系结构， a o s d e 由主体请求代理总线a o s d e a r b ，a o s d e 主体应用框架 a o s d e a p p f a c il i t ie s ，主体领域模式a o s d e a p p p a t t e r n 和主体服务 a g e n t s er v i c e s 构成。a o s d e 是以主体请求代理a o s d e a r b ( a g e n tr e a u e s t b r o k e r ) 为核心的分布式构件管理机制，它定义了分布式智能体通过a r b ( a g e n tr e q u e s t b r o k e r ) 透明的发送请求和接收响应的机制j 。 i 3 课题背景 本文的研究! l ：作是在“复杂机也系统辎合与解耦设计理论与方法”( 国 家白然科学基金重点项目) 项目上开展的。该基金项日针对现代人型复杂 机电系统性能与运行状态是多种物理过程和多类参数耦合结果的事实，以 冶金机械为i i j | = 究结合点，运川数学、物理理论与方法，分析系统t i j 各个因 素动态交! l ：f 11 川机理建立多皿网络式仝心耦含数学模刑，通过肼： i j 5 分析 和模型求解研究复杂机电系统功能、奇异工况、故障状态的生成机制， l | f 究耥合并行世计方法，实现复杂机电系统全局墩优设计i 1 。 在并行工程及其相关学科的发展推动下，从分布式并行协同求解角度 进行耦合问题研究，成为复杂机电系统设计的重要方向。采用分布式并行 协同求解机制，在局域网上用多台计算机模仿多个专家的协同工佧方式， 更接近专家求解问题的模式。另外针对复杂机电耦合中存在着火最的计 算问题，包括大规模矩阵的相乘和形如x = ax + b + u ( 其中a ，b ，u 均代表系数 矩阵，x = x ，x ，x n ) 的微分方程组的求解这类问题中矩阵的维数常 常达到儿百维甚至几千维，而且对微分方程组的求解常采用迭代法，迭代 次数事先不能确定系数矩阵在计算的过程中需要不断调整，从而导致了 5 中南大学硕士毕业论文 计算的复杂性 i 。鉴丁以上的特点，可采川分布式爿：行悱同方法进行复杂 机电系统中耦合和解耦模型的求解 1 4 耦合并行设计问题的系统分析 复杂机电系统晋近由多物理过程交互作用( 即祸合) 最终形成系统功 能。这类耦合问题涉及多过程、多参数的多重耦合，问题求解难度很大。 若沿刚传统的解析求解、串行计算模式进行求解、设计效率很低。并行 ：程年人工智能的相关理论与方法已有较为系统的研究，也有一定的应用 实例。源于人工智能的约束满足技术。由于易于表达设计问题和便于协同 设计过程，已j 上。泛应用于参数化的几何设计，同时开始被引入并行设计领 域。但是这些研究都是在“纵向”并行设计的范围内。即面向产品的生产 过程，而对于面向耦合物理系统的“横向”并行设计研究很少。在“横向” 并行设计中协同是面向子系统“耦台”的，它更关注系统的蹩体功能。 图1 2 ( a ) 表示的是一个单智能体的结构。用于予任务的描述 l l 求解。 用户输入要设计的参数以及每个参数预定的设计区域，在图中分别用x ，d 表示。每个单智能体首先进行本学科的设计得到设计初始值域：然后考 虑各设计变量的耦合关系，共同确定耦合关系所形成的约束网络，对各智 能体的设计初始值进行协调和冲突检测，完成所有参数的最后确定。图 l 。2 ( b ) 表示代表各并行设计子过穗的的a g e n t i 与系统级设计智能体 s a g e n t 的拓扑关系a g e n t i 把各自的设计结果通过通讯接1 3 传送到 s a g e n t ，s a g e n t 用耦合约束进行分析判断是否存在冲突，冲突则返回， 由各任务级智能体重新设计，直到得到满意的设计结果。 ( a ) 单a g e n t 结构 ( b ) 多智能体系统构成 图1 2 备种智能体结构 6 中南大学硕士毕业论文 机电系统并行设计体系结构如图1 3 所示： 图i 3机电系统并行设计体系结构 根据以上分析，我们需要设计并实现一个可以自动全局寻优而达到目 标功能、可以预示奇异工况的多智能体并行求解、设计集成开发环境。 1 5 研究目标 如前文所述，机电耦合问题内涵的复杂性和外延的广一泛性都迫切地要 求需要设计并实现一个可以自动全局寻优而达到目标功能、可以预示奇异 ： 况的多翅能体剪行求解环境。在一个多智能体系统的实现过程中耍解决 以下问题： 1 ) 对知识的定义和知识领域的划分。 2 ) 通信方式的选择。即如何规定智能体之间通信的手段荆方式。显 然通信方式的选择应以知识的定义和失u 识领域的划分为基础，但同时又应 有一定的独立性，即每个具体知识领域用什么样的方法解决本领域内部问 题不应与通信的方法有太多的联系。另外，通信问题中通常还麻包含有一 些确保通信能力的内容，如寻址方式、纠错等等。 7 中南大学项l ：毕业论文 3 ) 选择实际的实现方式。如采州i f 么平台、采j l j 什么通信协议、采 用什么开发工具等。这些问题一般可以分为两类； ( 1 ) 与实际问题密切相关的：如知识定义、以何种语言写具体智能体。 ( 2 ) 与实际问题无关的：如何实现具体智能体通信利智能体的管理等。 各个具体的多智能体系统中通信功能一遍又一遍地透过各种方法加 以实现，而实际上这部分。【作大同小异，并且容易出错。因此。在多智能 体系统研究中必须提山一个多智能体系统开发集成环境这个开发集成环 境将提供一组智能体通信的机制，而多智能体中其它部分的具体实现则由 领域： 程师根据各自实际情况去自行解决。 利用多智能体求解复杂机电系统耦合问题过程中，根据物理模型的不 同，智能体存在各种舞样的协同关系，为了保证整个求解过程的丑三确进行。 并保证各种物理模型对应的多智能体求解模型的重用，需要有效实现多智 能体的管理。因此，开发集成环境必须提供一套智能体管理机制，定义各 种实际物理模型中多智能体求解的规律并复用，有效的管理特定物理模型 下各智能体的关系，保证求解的正确性。 本文阐述了建立多智能体系统开发集成环境相关的理论与方法，介绍 了多智能体系统开发集成环境中核心模块的设计思想和实现方法，并且实 际构造了一个多智能体系统，对上述的理论方法进行了很好的验证。通过 实际的验证- 上述的理论方法可以有效的解决类似于复杂机电系统耦合并 行求解的问题。 构建一个稳健的、高性能的网络分布式应用系统是一个巨大的挑战。 它要求掌握下层网络的复杂性，理解并清晰的掌握整个网络体系结构及其 实现方法；对操作系统内部的运行模式也要有比较好的了解。研究基于网 络的多智能体系统开发环境，理解甚至深刻理解开发环境所基于的网络底 层协议是非常重要的1 8 1 。本开发环境在基于t c p i p 的局域网上开发，在 设计利实现之前，必须先理解计算的客户一服务器模型、传输协议使川的 语义、操作系统提供的应用程序用接口、实现客户和服务器软件的算法等。 本文将阐述在基于t c p i p 协议的基础上构建稳健的分布式系统的方法和 注意事项。 根据上述要求。本文主要研究了： b 中南丈学硕士毕业论文 ( 1 ) ( 2 ) ( 3 ) ( 4 ) ( 5 ) ( 6 ) 多智能体系统的概念内涵与应用领域# 多智能体系统开发环境中主控模块的功能和实现方法： 多智能体系统开发环境中体系结构和体系结构原型的设计和实 现方法i 多智能体系统开发环境中信使的设计和实现； 多智能体系统开发环境中分布式管理者妁设计和实现： 开发环境实现过程中需要注意的与底层网络协议有关的一些重 要问题。 1 6 论文的结构 论文分为七章： 第一章；概述课题的研究背景与主要研究工作。 第二章；介纲多智能体系统开发集成环境，分别介绍各个系统的功能模 块以及相互之间的联系。 第三章；介绍多智能体系统开发集成环境牵主控节点的实现。 第四章：介缁多智能体系统开发集成环境中分布式管理者的实现。 第五章：介绍多智能体系统开发集成环境中信使的实现。 第六章：介纠集成开发环境在机电耦合中的一个实例一四辊扳带轧 机模型的席，。 第七章：对全文的工作进行总结，阐述要进步开展的工作。 9 中南大学硕士毕业论文 第二章多智能体系统开发集成环境总体设计 2 1 总体设计思想 开发集成环境的总体设计目的在于给用户提供一个交互式的系统，用 户可以用它来建立一个多智能体系统的框架可以用来建立各种涉及不同 知识领域的多智能体系统。开发集成环境采用分而治之的方法将具体与 领域相关的逻辑交由用户解决，而环境提供相关的通信、管理、控制和调 试应用接口来为用户提供基础的手段，从而简化建立一个多智能体系统的 一作。 开发多智能体系统涉及到的领域知识的定义2o ，2 “，系统功能的内容与 实现，智能体结构的设计 22 2 3 1 、智能体之间通信时所用到的通信协议 2 4 l 定义以及如何实现机器学习1 25 】等问题。大部分的多智能体系统开发集 成环境一般都是提供一套基本机制来完成智能体的通信、管理、控制和 调试等重要的：l ：作，而把与实际问题相关联的逻辑交由实际用户去完成。 本系统也采用了同样的设计构思。 在本环境中为用户提供的功能有：配置系统选项，创建并管理体系结 构原型，通过个图形编辑器来设计推个系统的体系结构，启动或管理网 络中的智能俸。监控智能体通信的情况等。另外，环境还为智能体提供了 用于接收和发送信息的函数，提供了自然语言的解析接口函数。系统采用 的是受限的自然语言通信的方式用户也可以自行决定是否采用自己的协 议。作为一个通用开发环境智能体的内容即智能体的知识和智能体之 间的相互关系等与实际问题紧密相关的内容将由用户自行开发。 构建复杂的分布式系统，有以下几种选择： ( 1 ) 基于套接字技术。 套接字是伯克利u n i x 的一种创新，它允许程序员将网络连接当作另 外个流，可以从这个流读字节，也可以向这个流写字节。套接字基本上 分成两类；流套接字和数据报套接字。流通常用于无重复的( u n d u d li c a t e d ) 和顺序的( s e q u e n c e d ) 传送和接收数据。流套接字保证数据正确发送；数 据报套接字不保证数据的正确的、顺序的到达目标主机。 中南人学硼”i ：毕业论义 套接字相当丁o s i 七层协议中的会话屡。套接字可以使_ i _ i 的传输层协 议有t c p 协议利u d p 晦议。套接字技术是应用程序组件之间通信的最直接 的技术也是最底层的技术。套接字技术适应于构建灵活和高效的应用程 序。但对于非常复杂的系统要求专家级的知识年经验。 ( 2 ) 基于r p c ( r e m o t ep f o c e d u r ec a l l ) 技术。r p c 技术在基于套接字 的基础上提供了一个面向方法的接口。通过对套接字技术的封装，达到了 易于编程的目的。 ( 3 ) 基于d c e 技术( d i s t r ib u t e dt o m p u t in ge n v if o n i n e n t ) 技术。d c e 技术是o s f ( o p e ns o f t w a r ef o u n d a t i o n ) 提出的一系列关于分布式计算的 标准这些标准中包括了关于r p c 的标准。尽管d c e 技术提供了解决分布 式计算的一个比较好的方法，但是它从来没有获得广泛的麻用。 无论是r p c 技术还是基于r p c 技术的d c e 技术都存在客户方程序与服 务器方程序之间的调用关系是静态的，从而导致所构建的系统也是静态的 不足。 ( 4 ) 基于分布式对象的技术。分布式对象技术通过提山接口、中间代 理对象、对象体系结构等概念成为了解决分布式计算的主流方法。分布式 对象计算技术现有的标准有c o r b a 、e j b 、n e t 等，e j b 实际上是对c o r b a 技术的抽象和优化，c o r b a 的主要优点有：引入了代理( b r o k e ) 概念。一 个代理至少完成了对客户提出的抽象要求的映射、自动发现和寻找服务 器、自动设定路由实现到服务器方的执行等三个作用。另外增加了代理机 制以后，实现了客户方程序和服务器方程序的完全分离。并且c o r b a 提供 了面向对象和设计思想和实现方法，提供了软件总线的机制，使得任何应 用程序、软件系统或：i = 具只要与该接e l 相符合就可以方便的集成到c o r b a 系统中1 2 “。 复杂耦合机电系统的并行设计需要实时的交换各种设计参数需要利 j j 受限的e - i 然谢商迎信米解决特定的语义袭谜，淅婴保存和跟j 瞄 殴计过剃 中智能体的通信， i 要动态的利用设计过程中的结果来进行图形的绘制和 仿真- 需要集成已有的各种耦合问趔求解模块等功能。为了达到通信的高 效和灵活，并且方便用户的使用，减轻用户的学习负担。本文探讨* l i 阐述 了基于套接宰技术的多智能体系统开发环境的实现方法和技术。 中南大学颂士毕业论文 2 2 系统软硬件平台 系统的硬件平台要求为通过网络互连的多台计算机，多台计算机采用 的通信协议要求为t c p i p 协议。 在已有的很多多智能体研究方案中采用了j a v a 语言。j a v a 语肓的跨 平台、纯粹的面向对象、动态类装入、对象流、多线程、反射以及对网络 软仆开发的人i 嘧度简化笛机制这些机制使得j a v a 语青确实是开发分布 式计算平台的虽佳工具。但是，j a v a 语育有一个致命的缺点，那就是速 度慢得无法忍受2 ”。已经有了一些 1 = | c 编写解耦计算的模块这些模块 需要大量的，高密度的计算，如果将这些解耦计算模块改用j a v a 语言来 实现。这在计算速度上面是不现实的。而且j a v a 语言在编写网络程序的 时候无法编写原始套接字类型的程序也就无法在i p 层和链路层控制特 殊类型报文得处理，不利于平台的扩展，因此平台采用v c 开发。v i s u a lc 十十 是一个可视化的快速应用程序开发工具，具有高效、最优化的源代码编译 器、可视化的歼发环境、可扩展豹数据库技术，适合箨种类型的可视化应 用程序的开发。它使用的基础语言是c + + 。这是一个面向对象的语言，具 有异常情况的处理能力和类的封装能力和特性。v c 提供完整的m f c 支持 提供了丰寓的控件用于程序的设计和开发。它还提供了对多层分稚式技术 的全面支持。v c 用户界面友好，提供了很多的调试和测试环境便于程 序员使用。v c 具有强大的数据库访问能力，支持o d b c 、a d o o l ed b 、d a o i d a p i 等 2 s 】。 由于已有的解耦计算模块在d o s 和w i n d o w s 环境下面开发，集成开发 环境采用的操作系统平台为w i n d o w2 0 0 0 ，但是为了保持集成开发环境 的智能体部分即通讯和管理部分的最人可移植性，为将来移植到 u n i x l i n u x 的方便本文尽量采用伯克利标准的套接宇和标准的c + + 语 言。 2 3 系统总体构成 正如前文所述为了保证船个求解过程的正确进行井保证各种物理模 型对应的多智能体求解框架的重用，有效的实现多智能体的管理，有效的 中南大学颂士毕业论文 实现对各种多智能体求解框架的保存嗣l 重j _ i ：j 。并能够映射为具体的多智能 体求解模型。开发环境采用了体系结构原型和体系结构管理模块来完成该 项功能。为了实现分布式环境下的智能体管理和整个计算环境的一致性的 维护，设计了分布式管理者。同时为了异步通讯的进行，以及为方便用户 跟踪智能体的协同过程，开发环境设计了信使 整个开发环境的构成如图2 。1 所示： 圈2 1 开发集成环境的核心模块构成 主控节点提供体系结构原型和体系结构管理模块、地址服务器以及智 能体析构者，并且主控：怙点将实时和各台主机上的分布式管理者通信，来 保证整个计算过程的正确进行。拯个开发环境各个组成部分的功能简介如 卜： ( 1 ) 土控界面：j i j 户可以往开发集成环境中配置、修改利创矬一个多 智能体体系结构原型和体系结构，开发集成环境负责和各台主机上的分 布式管理者进行通信，集成开发环境还负责启动整个系统进行求解。 ( 2 ) 智能体：智能体是一个多智能体系统的基本组成部分，在实际运 行中它是一个通过信使和其它智能体交互的分布式软件模块，它的具体应 川逻辑将由j = l = i 户在编码时实现。 ( 3 ) 地址服务器：地址服务器包含所有智能体联结信息和通信时所需 要的参数。智能体在与其它智能体通信时只需知晓其它智能体的名称然 而实际上通信时需要的则是对端智能体所在主机地址和接收端口号，从 智能体名转变到主机名和端口号这一工作是由地址服务器来完成的，也就 是说在智能体初始启动时要发送一个信息到地址服务器请求相关的资料， 1 3 中南人学硕j ：毕业论文 h 一 而当智能体退山时，也应发送消息到地址服务器通知改变系统组成。因为 地址服务器是在多智能体系统启动时由集成环境自行启动的，因此地址服 务器关于整个多智能体系统的初始资料事实上就是用户描述的多智能体 系统体系结构即智能体图。 ( 4 ) 信使：它是一个智能体的辅助进程。它的主要功能是从别的智能 体处接收消息并把它放在自己的邮箱中，当智能体需要提取某个消息时， 智能体负责将该消息放入智能体和信使的共享l j = i 存中。 ( 5 ) 体系结构原型配置模块：这是一个用于创建并管理体系结构原型 的模块，开发集成环境中提出了以下概念： 多智能体系统体系结构：多智能体系统的体系结构是指多智能体 系统中的各个独立智能体以及它们之间的关系一个体系结构就相当于 一个框架，通过在这个框架内加入实际的智能体便可形成一个多智能体 系统。在本环境中体系结构是用智能体图来描述的。用一个圆代表一个 智能体，智能体之问的连线表示消息可能流经的路径。环境中提供了对 体系结构的管理，如创建一个新的体系结构和装入个体系结构等。 多智能体系统体系结构原型：多智能体系统体系结构与多智能体系 统体系结构原型既有联系也有区别。联系在于用户在创建多智能体系统之 前必须先选择一个体系结构原型，也就是说实际系统的体系结构应是基于 一个已先定义好了的体系结构原型而创建的。区别在于对于个体系结构 原型而言可能有多个体系结构以其为原型，只要这些体系结构满足体系结 构原型中定义的规则即可。一个体系结构原型由一组智能体“类”组成 另外还包括有关整个体系结构的一些规则和关于箨个类的规则。智能体 “类” 这个定义用1 j 区别一个具体多智能体系统中的不同类型的智能 体，也就是说用于区别那些功能不同的智能体。对一个多智能体系统米说， 它的体系结构应由一系列“类”的实例组成。丽这些类则均是在该体系结 构的体系结构原型中定义的。当这些实例开始运行时，箍个多智能体系统 也就开始运作了。事实上。所有基于同一智能体“类”的智能体的代码都 是一样的，并与开发集成环境同放在一台计算机上。在体系结构中却可以 将智能体定义到不同的计算机上由开发环境负责在多智能体系统实际运 行之前拷贝到在体系结构中定义的主机上去。 中南大学硕士毕业论文 f6 ) 体系结孛句配置模块；通过设置相应体系结构原型中的参数值来生 成相应的可以运行的体系结构实例。多智能体系统的体系结构是指多智 能体系统中的备个独立智能体以及它们之间的关系一个体系结构就相 当下一个框架，通过在这个框架内加入实际的智能体便可形成个多智 能体系统。用户在创建多智能体系统之前必须先选择一个体系结构原型， 也就是说实际系统的体系结构应是基于一个已先定义好了的体系结构原 型而创建的。 ( 7 ) 分布式管理者进程：这个进程用于帮助开发集成环境管理雨i 启动 位于其它通过l a n 互联的机器上的智能体和信使，并且在智能体退 b 计 算环境以后，通知开发集成环境， ( 8 ) 智能体析构者：当用户从集成环境中下达从智能体图中删去个 智能体的命令时，系统将自动启动该进程。该进程执行的主要任务是； 终j i ：相应的智能体进程，井将智能体的执行文件删除，智能体析构器没 有自己的用户界面，一旦智能体结束，它也就结束1 2 9 1 。 关于开发集成环境，多智能体系结构原型和多智能体体系结构配置模 块，信使和分布式管理者的详细实现将在本文的后