（计算机应用技术专业论文）基于多agent的信息家电智能化研究.pdf

摘要 传统的家电已经无法满足现代家庭的需要，人们需要能够自动获 取外界信息、能与其它家电协同合作并具有智能化的信息家电( i a ) ， 因此信息家电智能化的发展是未来家庭发展的必然趋势。 利用a g e n t 的主动性、智能性、交互性、协作性、学习性、移动 性等特点，将智能a g e n t 技术应用到信息家电的研究中，这将具有很 重要的的理论与现实意义，为研究提供了新的思路。在未来的智能家 居系统中，有不同种类的信息家电，多智能体系统( m a s ) 提供了 一种使分散的自治信息家电间有效地建立联系，并能通过协调与协作 共同完成一些复杂任务的机制，并且对于个体信息家电的加入、退出 提供较为宽松的约束和相对灵活的机制，这对于处于动态变化之中的 信息家电环境具有重要意义，这点是传统的集中控制模式所难以实现 的。 基于信息家电智能化的需要，本文将每个信息家电设备看成一个 “智能体”，这些“智能体”能够根据主人的习惯自动设置自己的参 数，主动作出反应；提出了基于m a s 技术的信息家电系统的模型一 一m i a s ，并研究了模型的各个组成部分，总结归纳出模型中各个 a g e n t 的特征和分类。同时，还按照a g e n t 的有关理论对各类a g e n t 概念模型进行了系统分析，给出了家电设备a g e n t 、家庭网关a g e n t 、 组织规划a g e n t 的实现模型。设计了一个实用性强的i a a g e n t 的功能 模块，此结构既能表示i a 设备的通信，又能进行行为推理和规划， 为解释认a g e n t 的自主性，建构不同类型的信息家电a g e n t 提供了 统一的平台。通过各个信息家电a g e n t 的通信和协作来实现系统的整 体性、有序性。本文根据m i a s 多a g e n t 学习的要求，在已有的强化 学习的基础上，结合q l e a m i n g 和模糊逻辑的优点，提出模糊q 学 习算法，使队a g e n t 的自治智能推理建立在数值计算的基础上，提高 i aa g e n t 知识表达能力和推理能力。 关键字：信息家电，a g e n t ，m a s ，m i a s ，强化学习 a b s t r a c t t h e 仃a d i t i o n a le l e c t r o n i c a la p p l i a n c e sh a v eb e e nu 】n a b l et om e e tm e n e e d so fm em o d e m h o m e ，p e o p l en e e dm ei n f o m = 1 a t i o n 印p l i a n c e sw h i c h a r ea b l et oa u t o m a t i c a l l ya c q u i r eo u t s i d ei n f o m a t i o n ，c o o p e r a t ew i t h o t h e ri n f o n 】僦i o n 印p l i a n c e sw i mi n t e l l i g e n c e ，s ot h ed e v e l o p m e n to f i n t e l l i g e n ti n f b 啪a t i o na p p l i a n c e si st h ei n e v i t a b l et r e n do ft h e 如饥i r e h o n l ea p p l i a n c e sd e v e l o p m e n t i t i so fv e r yi m p o r t a n tt h e o r e t i c a la 1 1 dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c et ot a k e a d v a n t a g eo ft h ea g e n ti n i t i a t i v e ，i n t e l l i g e n c e ，i n t e r a c t i v i 劬c 0 1 l a b o r a t i v e 1 e 锄i n g ，m o b i l i 饥e t c a n d 印p l yt h ei n t e l l i g e n c ea g e n tt e c l l l l 0 1 0 9 yt ot h e r e s e 羽- c ho fi n f o m a t i o na p p l i a n c e s t h i sa l s op r o v i d e st h en e ww a yo f t h i n k i n gf o rt h er e s e a r c h 1 1 1t h em t u r eh o m e 印p l i a n c e ss y s t e m s ，t h e r ea r e d i 疵r e n t t ) l ，p e s o fh o u s e h 0 1 de l e c t r i c 印p l i a n c e m a sp r o v i d ea m e c h a n i s mw h i c he f r e c t i v e l yc o n n e c tt h es e p a r a t ea n di n d e p e n d e n t h o u s e h 0 1 di n f o 咖a t i o ne l e c t r i ca ：p p l i a l l c e s 觚dc o 瑚【p l e t ec o n l p l i c a t e d t a s k st h r o u 曲t h ec o o r d i n a t i o n ，a n da l s op r o v i ( i e sar e l a t i v e l yl o o s e c o n 仃o la 1 1 dr e l a t i v e l yn e x i b l ef o re n t r ya n de x i to ft h es i n g l ei n f o m = l a t i o n 印p l i a i l c e s t h i si so f 伊e a ts i g n i f i c 狮c ef o rm ei n f o 彻a t i o n 印p l i a n c e s e n 访r o m e n ti nm ep r o c e s so fd y n 砌cc h a n g e ，w m c hc o u l dh a r d l yb e r e a l i z e di nt h et r a d i t i o n a lc o n c e n t m t i o nc o n 缸o ln l o d e b a s e do nt h en e e do ft h ei n f b n m a t i o na p p l i a n c e si n t e l l ig e n c e 仃e n d ， t m sa r t i c l ec o n s i d e r se v e r yi n f i o m a t i o na p p l i a n c ea s 锄i n t e l l i g e n tu 】f l i t t h e s ei n t e n i g e n tu n i t sc o u l da u t o m a t i c a l l ys e tm e i ro w l lp a r a 珈e t e r sa n d a c ti n i t i a t i v e l y ，a n dp r o p o s e st h ei n f - o n n a t i o n 印p l i a n c em o d e m i a s b a s e do nt h em a st e c h n o l o g y i ta l s om a k e sar e s e a r c ho ne v e r yp a r to f t h em o d e ，s u m m a r i z e st h ef e a n l r e sa 1 1 dt y p e so fe v e 巧a g e n ti nt h em o d e a tm es 锄et i m e ，t h i s 枷c l ea n a l y z e sv a 打o u st y p e so fa g e n tc o n c e p t n l o d ea c c o r d i n gt ot h er e l a t i v et h e o r i e sa b o u tt h ea g e n t ，o f f e r st h e r e a l i s t i cm o d e so ft h ei n f - 0 1 m a t i o n 印p l i a l l c e sa g e n t ，f 撕1 yg a t e w a y a g e n t 肌do 玛锄i z a t i o np 1 锄i 1 1 9a g e n t i td e s i g n sam n c t i o nm o d u l e w i mg r e a tp r a c t i c a l i 吼w h o s es t m c t u r ec a ns t a n d f o rm e t e l e c o m m l 】n i c a t i o no ft h ei ae q u i p h l e n ta n dr e a s o na n dp l a nt h e b e h a v i o r s t h es t m c n l r ea l s op r o v i d e sau n i f o mp l a t f - o n nt oe x p l a i nt h e i i a u t o m a t l o no 士t h e 队a g e n ta n dc o n s t m c td i f f e r e n t 帅e so fa g e n t 1f l r o u g nt n e s y s t e mc o n l p l e t e n e s s ， s e q u e n c er e a l i z e d劬mm e c o o r d i n a t l o no fe v e 巧i n f o m l a t i o n 印p l i a n c e ，i nv i e wo fm em i a sw i t h m a n ya g e n tl e a m l n gr e q u l r e m e n t s ，锄do nt h eb a s i so ft h e1 e a m i n g i n t e n s i f i c a t i o n ，a n dc o n l b i n e dq l e a m i n ga n dt h ea d v a n t a g e so ft h em z z 、r l o g l c ，t h ea r t i c l ep r o p o s e st h e 如z z 弘q1 e a m i n ga l g o r i t h 驰m a k e st h ei a a g e n ta u t o n o m o u si n t e l ll g e n tr e a s o n i n gb a s eo nm ed a t ac a l c u l a t i o n t h u s m c r e a s et h ee x p r e s s i o n 觚d r e a s o n i l l ga b i l i t ) ，w i t hi aa g e n th o w l e d g e k e yw o r d s ：m f i o m l a t i o ne l e c t r i ch o m ea p p l i a n c e ，a g e n t ，m a s ，m i a s ， i n t e n s i f i e ds t u d y l 湖南师范大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：f 司批呼抄净，月；d 日 湖南师范大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南师范大学可以将本学位论文的 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 描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密 、( 请在以上相应方框内打“ ) 作者签名：f 司鸯峰日期：乒声霹厂月汐日。 别醛钮别、嘲叶乡w 日 基丁多a g e n t 的信息家电智能化研究 1 1 信息家电概述 1 绪论 信息家电( i n f o r m a t i o na p p l i a n c e s ，讼) 是传统家电和计算机技 术高度融合的产物。不同于传统家电的最大特征是，它能帮助用户主 动获取信息，特别是通过互联网获得交互式信息。从广义上讲，它包 括：机顶盒、w 曲游戏机、w r e b t v 、w r e b p h o n e ，还有掌上电脑、手 持p c 、可穿戴p c 等所有能通过网络系统交互信息的消费类电子产 品。从长远来看，电冰箱、洗衣机、微波炉等植入数字网络技术也是 未来信息家电十分重要的发展方向。从技术方式上讲，信息家电是将 数字技术和网络技术集成在传统家用电器上，从而建立起家庭网络化 环境。总之，随着信息技术的不断发展，信息家电家族将不断扩大， 它横跨信息技术领域和家电领域，逐渐模糊了原本泾渭分明的电脑、 通讯、家电的市场界限。 1 1 1 信息家电的概念和特点 信息家电( 认) 是计算机( c o n l p u t e r ) 、通信( c o m m l 】n i c a t i o n ) 和消费类电子产品( c o n s u m e r ) 三者融合的产物，是将普通家用电器 利用数字技术、网络技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。 我们将传统家电分为白色和黑色两种，其中白色家电包括电冰箱、洗 衣机、微波炉等，是指可以替代人们家务劳动的产品，它是通过电机 将电能转换为热能、动能进行工作的设备；黑色家电则是带给人们娱 乐、休闲的产品，如电视机、录像机、音箱、v c d 、d v d 等，其核 心零部件则更多的是电子元器件、电路板等。美国国家半导体公司是 这样定义的：信息家电( i a ) 是一种廉价、易用、以互动方式与互联 网连接的小型设备，它是网络上的家电，而不是p c 的外设，所有能 够通过网络系统交互信息的家电产品都可以称之为信息家电。信息家 电主要具有如下特点心1 ： ( 1 ) 协同工作和网络化。信息家电的重要特征是彼此之间的信息 硕十学位论文 交流。信息家电不是独立存在的，通常被称为是合作的设备 ( c o o p e r a t i n gd e v i c e s ) 。要做到相互通信，信息家电就应具有网络接 入能力。可以通过家庭局域网与p c 或其它家电交换信息，或可通过 家庭网关连入i n t e m e t 接收远程信息或控制指令，并可以主动向网络 获取信息或主动向网络提供一些本身有用的信息。 ( 2 ) 智能化。智能信息家电可以根据周围环境的不同自动作出响 应，不需要人为干预。例如，智能空调可以根据不同的季节、气候及 用户所在地域，自动调整其工作状态以达到最佳效果。 ( 3 ) 开放性、兼容性。由于用户家庭的智能信息家电可能来自不 同的厂商，智能信息家电平台必须具有开放性和兼容性。 ( 4 ) 节能化。智能信息家电可根据周围环境自动调整工作时间状 态，从而实现节能。 ( 5 ) 易用性。由于复杂的控制操作流程已由内嵌在信息家电的控 制器解决，因此用户只需了解非常简单的操作。 ( 6 ) 数字化。信息家电包含有微处理器，处理的是数字化信息。 ( 7 ) 功能单一集中。是指只完成某种或某几种特定的功能。信息 家电实际上是面向任务( o 打e n t e d t a s k ) 的设备，它将一些特定的功 能从大而全的计算机中剥离出来，集合到某一特定的产品中去，从而 提高产品的专用性，尽管这也限定了它的适用范围。 ( 8 ) 实时性。想用就用，无需做计划和安排。由于复杂的控制程 序由内嵌在家电中的控制器解决，不必等待重新启动设备或是加载软 件后才能使用设备。 ( 9 ) 标准化。由于网络连接协议众多，使用不同协议的信息家电 之间不能互连，所以应参考已有的通信协议来制定统一的数据交换标 准。 综合信息家电的主要特点，信息家电的智能化发展是家居生活的 必然趋势。在2 0 0 8 年秋季英特尔信息技术峰会上，英特尔高级副总 裁帕特基辛格发表的主题演讲是“数字事业：信息家电= 嵌入+ 动态+ 视觉( i a = e m b e d d e d + d y n 枷c + s u a l ) 。”可见，信息家电不仅仅 是简单的完成它某种独特功能，满足人们生活的需要，还需要与智能 技术整合。我们能深切地感受到：传统的家电已经无法满足现代家庭 的需要，人们需要能够自动获取外界信息、能与其它家电协同合作并 具有智能化的信息家电，因此信息家电和智能家居的出现与发展是未 来家庭智能化发展的必然趋势，也是我们生活的追求。 所谓智能化家电，是指运用现代最新科技研制并发的新一代具有 基丁多a g e n t 的信息家电智能化研究 智能功能的家用电器。它所涉及的高新技术领域十分广泛，其中包括： 多媒体技术、数字技术、模糊控制技术、太阳能技术、专家系统、人 工智能、生物技术等。 1 1 2 信息家电的研究发展现状 我国的的家电发展历程是：从最开始的机械式家电，发展到电气 化家电，电子化家电，程序化家电，信息家电，以及未来的智能家电。 目前，国内外有关信息家电的研究主要集中在信息家电的支持技 术研究，如嵌入式芯片技术和嵌入式操作系统，嵌入式芯片主要有 x 8 6 系列和p o w e r p c 等，嵌入式操作系统目前有w i n d o w sc e ，p a l m o s ，v x w b r k s 、嵌入式l i n u x 和h o p e n 等等几十种之多，嵌入式技术 在很大程度上取决于大的芯片和技术厂商，众多公司或厂商的投入也 说明信息家电具有很广阔的发展前景，如： 1 ) e s s 宣布将提供用于“维纳斯 计划的全套芯片，并与厦新签 署协议，推广基于w i n d o w sc e 的视频互联网一电脑( c ) 系统。 2 ) p a l m 公司在纽约展出第一款可直接浏览因特网的p a l m7 型手 持电脑。 3 ) h t e l 宣布将研制目标市场为低端p c 及智能机项盒的单芯片 系统- t i m a 芯片。 4 ) 爱立信公司推出了可访问互联网的移动电话。 5 ) 海尔推出了“整体网络家电”。 6 ) 创维集团的数码双频彩电、网上机顶盒、d v b s 、网络电视、 数字录音机等产品纷纷上市。 7 ) 华邦电子已推出基于h o p e n 的 b o x 机顶盒、v p 可视电话、 i pb o x 等产品。 很多公司已经把信息家电列为下一步的重点发展计划，比如微软 ( m i c r o s o r ) 的“n e t ”计划，联想( l e g e n d ) 的“h o m e ”计划，目的就 是要将传统的信息技术产业向信息家电行业转变，因为这里蕴藏着无 限的商机和广阔的市场。今后信息家电将会无处不在，成为人们生活、 工作、学习、娱乐中不可缺少的东西。这些信息家电将取代p c 成为 i t 产业的推动力量。 硕士学位论文 如何将信息家电智能化、人性化、主动化，这是信息家电研究的 重点和必然趋势，也是我们研究信息家电面临的最大问题。目前，在 智能家电研究方面已取得了进展，出现了一些功能各异、形式多样的 智能家电。例如具有智能功能的洗衣机，这种洗衣机运用模糊控制技 术，使洗衣机能够自动完成从注水、加洗涤剂、洗涤、烘干、关机等 过程，即将要洗的衣服放入洗衣机内后不用管理便可自动操作运行。 多媒体技术给智能家电提供越来越齐全的功能，现在的很多家电都有 了声音、视频功能，能非常好的完成与用户的交互。智能家电的智能 功能还表现在家电具有自动识别和调节功能。例如智能空调，它通过 众多的传感器及控制系统，根据室内温度自动调节使之始终保持在最 佳温度左右。现代人工智能和专家系统在家用电器中的应用也越来越 广泛。如在厨房家电中出现了智能微波炉、智能面包机等。 但目前的信息家电还不具备人类智能的特点，即信息家电设备不 具备推理、学习、适应等能力，因此，还不是真正意义上的智能信息 家电，而在我国国内市场中，智能化的信息家电还处于研究的初级阶 段。本文将比较成熟的智能a g e n t 技术引入到我们的信息家电研究 中，为信息家电的研究提供新的思路。 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 n i f i c i a l1 1 1 t e l l 迢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 仃i b u t e d a n 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3 刳。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”， 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 基丁多a g e n t 的信息家电智能化研究 同。虽然关于a g e m 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 n l 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。 反应性( r e a c t i v i 们：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 c 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 h 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( 0 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h 7 1 。 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。 目前国际上已开始第三代智能技术的研究。人工智能科学中智能 代理( a g e n t ) 技术在近几年的迅速发展，为信息家电更进一步的发 展，提供了另一条新的思路。智能代理( a g e n t ) 技术是近年来人工 智能和计算机科学，特别是网络科学领域研究的热点。它也是软件工 程、网络科学发展到一定程度后必然要与人工智能技术相结合而形成 的一个新的研究领域。它的提出，其目的在于，谋求一种适合于求解 “动态环境中、资源受限条件下、不可预测的复杂问题”的更理想的 硕t 学位论文 方法。 a g e n t 在分布式人工智能、机器入学、人工生命、分布式对象计 算、人机智能交互、智能搜索、知识获取、智能信息系统等多方面得 到了应用乜，后来随着理论的完善和技术的深入，a g e n t 的跨领域 研究和应用逐渐广泛展开。 1 2 2 多智能体系统( m a s ) 多个a g e n t 在一起协同工作形成了多a g e n t 系统( m u l t i a g e n t s y s t e m ，m a s ) 。m a s 主要研究一组在逻辑上或物理上分离的a g e n t 如何协调各自的知识、目标和策略来共同完成任务。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 m 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应用 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 得了一定的成果随1 。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三个方面： 基丁多a g e n t 的信息家电智能化研究 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 l l 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 间相互作用的基础，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 应用首先出现于2 0 世纪8 0 年代中期并迅速发展到各个领 域口引，在工业控制和管理方面，m a s 最早的工业应用是p a n l n a k 等 人于1 9 8 7 开发的y a m s ( y e ta n o t h e rm a l l u f a c 嘶n gs y s t e n l ) ；由 j e m i n g s 等人研制的a r c h o n ( a r c l l i t e c t l 】r ef o rh e t e r o g e n e o u so n l i n e s y s t e m ) 实现了m a s 在过程控制领域的应用；在交通控制方面，有 l e s s e r 等人研制的分布式车辆监控试验台( d v m t ) ；悉尼机场空中交 通控制系统一o a s i s 。在信息管理方面m a e s 等人19 9 4 年开发的电 子邮件筛选主体m a x i s m 和i n t e m e t 消息筛选主体n e 州；d e c k e r ，l e s s e 等人研制的多主体协同信息搜集系统m a c i 的n ：z u n o 等人1 9 9 7 年研 制的电子图书馆z d l 。在商务应用中有c h a v e z 和m a e s 在1 9 9 6 年设 计的电子市场k a s b a l l 系统。s y c a r a 于1 9 9 6 年研制的w a r r e n 金融 业务管理系统。另外，m a s 还在医疗、娱乐及其它一些方面得到了 不同程度的应用，如h a y e s r o t h 等人于1 9 8 9 年开发了外科看护系统 g u a r d i 锄h u a n g 等人1 9 9 6 年研制了基于a g e n t 的分布医疗原型系统。 硕十学位论文 我国青年学者涂晓媛利用多a g e n t 技术设计的“人工鱼”，具有逼真 的放生效果。另外在国际人工智能联合会组织的机器人世界杯足球赛 上，m a s 技术得到了充分的应用。 a g e m 技术自出现之后较短的时间内，己经得到了广泛的关注 和大量的理论和应用研究，其影响面是巨大的。在软件工程领域，p o n t 和m o r e 0 1 e 提出了基于a g e n t 的软件工程，这种软件开发方法的优点 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 强大的解决大规模软件工程问题的方法。面向a g e n t 的程序设计 ( a o p ) 被认为是“软件发展的一个重大突破 和新的软件革命。 w 0 0 1 d r i d g e 认为a g e n t 技术将是下一代复杂的、分布的工程系统的模 型。关于a g e n t 与m a s 的研究现在已是一个具有广泛参与并且生机 勃勃的研究领域，许多优秀的a g e n t 开发平台不断出现，其中较为成 功的有：i b m 的a b e ，s a n t af ei n s t i t u t e 开发的s w a m l 、p u r d u e 大学建 立了快速a g e n t 开发结构黜心a ( r 印i da g e n td e p l o y i n e n t 心c h i t e c t u r e ) 、由j o s 印hp b i g u s 和j e i l i l i f e rb i g u s 研制的c i a g e n t ( c o n s 仃u c t i n gh t e l l i g e n ta g e n t s ) 、由c s e l ，t 和p a 舢a 大学的计算 机工程组开发的j a d e ( j a v aa g e md e v e l o p m e n te n v i r o 衄托n t ) ，另外还 有j a t l i t e ，a g e n t b u i l d e r 等。 目前，许多标准化组织正在对a g e n t 技术作规范说明和标准化工 作，如o m gf i p a ，a g e n ts o c i e 够以及欧洲a c t s 计划设立的 c l i m a t e 项目，其中f i p a 是一个由i b m ，n h k b t 等公司、政府和 学术机构组成的权威组织，它致力于a g e n t 组织、通信、协作和接口 等方面的标准制定工作，随着越来越多的组织加入其中，它将对a g e n t 的应用和发展起到巨大的推动作用。a g e m 及m a s 技术还处于不断 发展和完善中，关于a g e n t 的建立、m a s 的有效组织和管理还处在 探讨和发展过程中。 基于a g e n t 的信息管理和控制技术越来越多地出现在人类社会 工作、生产和管理的各个环节，利用m a s 技术建立信息家电系统的 概念模型，在分布异构的家庭网络环境下，通过信息、功能与过程集 成，使家居系统能够很好地实现与人的交互，并能够智能地实现家居 环境的自动化管理，为人们创造舒适方便的家居环境，实现家居系统 基于多a g e n t 的信息家电智能化研究 主动化和自动化，并为实现智能化管理提供了基础n 和2 引。到目前为止， 将智能a g e n t 技术应用到信息家电的研究中还处于探索阶段。 目前，从国内外已有的书籍和资料上来看，针对基于多a g e n t 的 信息家电智能化的研究较少。在国外，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 触公司出品的 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。在国内，海尔公司推出了“整体网 络家电”，但这些方案作为专利使用，并不公之于众，因此，针对未 来的智能家居设计一种基于多a g e n t 系统的信息家电系统，显得很有 意义。 1 3 论文的研究内容及结构安排 1 3 1 论文的研究内容 传统的信息家电系统功能分散，由许多分离模块组成，没有统一 的管理模型，缺乏信息交流和设备间互动性差，针对信息家电的应用 现状，如何构建一个智能化的信息家电系统( i n f o m a t i o na p p l i 锄c e s s y s t e m ，i a s ) 成为实现家居信息化、智能化所要解决的关键问题之一。 a g e n t 技术为解决这个问题提供了新的思路，利用m a s 按需协作、 松散耦合的特点，来建立满足信息家电分布、异构等特点的模型，是 本文的研究重点，也是多a g e n t 技术跨学科应用的有益尝试。 对于不同种类的信息家电设备，本文把每个设备看成一个“智能 体a g e n t ，利用a g e m 具有主动性、智能性、交互性、协作性、学习 性、移动性等特点，建立一个基于多a g e n t 系统的信息家电系统来管 理和操作家居中的每个信息家电设备，并且信息家电设备本身能够根 据主人的习惯自动设置自己的参数，主动作出反应。论文具体研究内 容如下： 1 ) 从信息家电体系结构和m u l t i a g e n ts y s t e m 两个方面论述基于 m a s 的信息家电系统的理论基础，并说明在信息家电系统中这两个 方面是很重要的；2 ) 建立家电设备a g e m ( i a a g e n t ) 的通用模型， 硕十学位论文 并详细介绍其各个模块的结构。每个信息家电设备都对应一个i a a g e n t ，代表设备来完成设备之间以及与家庭控制中心之间的信息交 互；3 ) 建立基于m a s 的信息家电系统的一般框架；通过各个i a a g e n t 的通信和协作实现系统的整体性、有序性；4 ) 优化i aa g 肌t 的强化 学习算法，提高信息家电a g e n t 的功能，以达到优化系统性能的目的。 1 3 2 论文的结构安排 本文以建立完整的信息家电系统体系架构为出发点，遵循开放性 和实用性的原则，对信息家电系统的发展方向、理论体系和实用技术 作了探讨和研究。为m a s 理论与信息家电智能化的实际应用之间搭 建了一座桥梁。本文内容安排如下： 第一章为绪论，介绍信息家电和智能代理技术的发展和研究状 况，分析了当前研究存在的不足及需要解决的问题，阐明了论文研究 的内容和结构。 第二章是信息家电系统建模，本章主要提出了松散耦合的分布式 信息家电系统，建立起信息家电系统的整体架构，为信息家电系统的 建立奠定基础，实现信息家电系统的自动化，提高系统的智能化。 第三章基于m a s 的信息家电系统框架的建立，本章根据信息家 电系统环境的特点，建立起了以多a g e n t 系统理论为基础的信息家电 系统m i a s ，并给出了其数学描述，详细介绍了a g e n t 的实现方式， 提出了信息家电设备a g e n t 结构模型、家庭网关a g e n t 结构模型和组 织规划a g e n t 结构模型三种适用于信息家电环境的低、中、高级a g e n t 结构。 第四章探讨了m 认s 模型中多a g e n t 的通信和协作。介绍了i a a g e n t 的通信方式和通信语言。 第五章探讨i aa g e n t 的学习能力，着重介绍了m 破o v 决策过 程、模糊控制的基本原理和q 强化学习算法。将q 学习算法同模糊 建模相结合，提出了模糊q 学习算法。 结束语对本文的不足进行了分析并对下一步工作进行展望。 基于多a g e n t 的信息家电智能化研究 2 信息家电系统模型 一般家庭中的家电设备往往是相互独立的功能单元，彼此之间相 互隔离，没有信息的交流和合作，控制也是直接的人机交互。即使在 传统的智能家居环境中，也仅仅实现了通过家庭总线的集中控制的功 能，缺乏整体的信息家电系统管理方法，这与家居环境的信息化建设 是不相适合的。 信息家电系统主要实现了两方面的功能：一方面是对传统信息家 电设备的集成，实现了它们的统一管理，实现家居管理自动化，以及 为远程控制提供了实现方法；另一方面是信息家电系统的建立带来的 新功能，如信息管理和利用，设备间相互协作所带来的新的服务实现， 以及智能的远程交互功能( 如远程医疗、远程购物等) 。信息家居以整 体的形式来实现信息家电设备的管理，通过功能集成和新的控制和管 理手段，为人们的生活提供了更多的方便快捷的服务，增进了家居的 自动化、智能化和个性化。 2 1 信息家电系统组成 在建立完善的信息家电系统结构时，将涉及和应用到四方面的关 键技术：一是嵌入式技术，这是信息家电和信息化家居系统实现的前 提；二是家庭网络技术，这是信息家电系统的基础；三是新一代网络 技术，它为信息的构建和传输提供了有效的实现方法；四是分布式人 工智能技术，多a g e n t 技术为分布式家居环境的应用集成提供了重要 技术手段，可以借鉴其概念和方法来实现信息家电系统的功能，这是 非常适合的技术。 在信息家电系统中，每一个接入家庭网络的设备单元，设备中的 各种软件功能模块，甚至是人都可以看作是信息家电系统的组成部 分，这样就形成了一个具有松散耦合的分布式结构。在这种结构的基 础上，人、设备和软件单元都能够实现相互间的通信与合作，具有了 整体的形式。 硕士学位论文 家电家庭照明家庭娱乐 数字设备管理及人 设备 设备 设备 机界面 家庭网关 家政安防 自动灌溉家庭事务 h l t e m e t 接入和 设备 设备设备 远程服务 图2 1 信息冢电系统一般结构 信息家电系统一般结构如图2 1 所示，我们按照不同的功能单元 将信息家电系统分成了几个部分，它们以家庭网关为核心，形成了松 散的联合体系。这些按功能组成的应用系统可分为家电设备、家庭照 明设备、家庭娱乐设备、家政安防设备、自动灌溉设备、家庭事务管 理、i n t e m e t 接入和远程服务等等。 1 - ) 家电设备：在信息家电系统中，家电设备一般作为独立的功 能单元存在，但同时也具有通信和远程控制的功能，这是智能控制和 系统集成的必要条件。 2 ) 家庭照明设备：根据用户的活动实现灯光的自动控制以及根 据命令设置合适的灯光效果，将会营造更好的家居环境。 3 ) 数字设备管理及人机界面：这一部分是家庭数字设备的集合， 如p c ，笔记本、p d a 和打印机等，很多设备都具有很强的数字处理 和信息存储功能，用户可以用来实现很多用途，如工作、学习、网页 浏览、信息查询、并能进行各种设置，有的设备可以作为图形界面实 现对家庭网关的操作，并能够通过它来实现各种信息家电设备的控制 功能。其中声音提示和语音命令将是一种很有前途的技术，会更加适 合人们的行为习惯，但是实现有较大的难度。 4 1 家庭娱乐设备：以声像为主的家庭娱乐设备是家庭中不可缺 少的重要组成部分，数字电视机、d v d 、音响系统、数码摄像机和录 像机等构成了娱乐系统的主要部分，同样，在网络环境下实现它们的 数据传输和自动控制，也会为使用者带来很大的方便。 5 ) 家政安防设备：它是家庭中新兴的一个重要部分，利用各种 基丁多a g e n t 的信息家电智能化研究 传感器技术实现信息的采集和家居环境的监测，完成防盗、防火、防 煤气泄漏、防地震、玻璃破碎报警和紧急求救等功能。在这里，三表 数据采集也加入在其中，但要实现远程抄表功能还要依靠运营商的具 体方案。