（计算机应用技术专业论文）基于agent技术的软件总线技术的研究与实现.pdf

华北电力大学硕士学位论文 摘要 基于软件总线技术的电网实时数据管理系统随着电网企业规模的扩大和数据 源的增多，系统响应速度和数据实时性受到很大的影响。为了解决这些问题，本文 在查阅大量国内外文献的基础上，将智能a g e n t 技术引入基于软件总线的系统。并 对a g e n t 技术和软件总线技术的理论及关键技术进行了深入的学习和研究，重点讨 论了a g e n t 之间的通信机制。在此基础上，本文对基于a g e n t 技术的实时数据管理 系统进行了总体设计，并详细设计了系统中所涉及智能a g e n t 模块，采用多线程技 术实现智能a g e n t 。应用结果表明，该系统具有较高的数据采集效率，缩短了系统 响应时间，保障了数据实时性，达到了预期设计的目标。 关键词：软件总线，构件技术，j 2 e e ，智能a g e n t ，线程 a b s t r a c t s y s t e m a t i cr e s p o n s es p e e do fg r i dr e a l - t i m ed a t am a n a g e m e n ts y s t e ma n dd a t a r e a l - t i m e c h a r a c t e ra r ei n f l u e n c e dg r e a t l yw i t ht h ee n l a r g e m e n to ft h es c o p eo f 面de n t e r p r i s e a n di n c r e a s i n go fd a t as o u r c e i no r d e rt os o l v e t h e s ep r o b l e m s ，t h i sp a p e rw a so nt h eb a s i so f i n v e s t i g a t i n gag r e a td e a lo fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld o c u m e n t s ，a n di n t r o d u c e da g e n t t e c h n o l o g yt ot h es y s t e mb a s e do ns o f t w a r eb u s a n dt h i sp a p e rr e s e a r c h e dd e e p l ya sw e l la s t h ep r i n c i p l ea n dc r i t i c a lt e c h n o l o g i e so fa g e n tt e c h n o l o g ya n ds o f t w a r eb u st e c h n o l o g y , h a d d i s c u s s e dt h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mb e t w e e na g e n t se s p e c i a l l y o nt h eb a s i so ft h i s ，t h i s p a p e rh a dd e s i g n e dt h er e a l - t i m ed a t am a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do na g e n tt e c h n o l o g y o v e r a l l ，a n dh a dd e s i g n e da g e n tm o d u l ei n v o l v e di nt h es y s t e mi nd e t a i l ，a n dh a da d o p t e dt h e m u l t i t h r e a dt oi m p l e m e n tt h ea g e n t s t h ea p p l i c a t i o nr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h i ss y s t e mh a s h i g h e re f f i c i e n c yo fd a t aa c q u i s i t i o n , h a ss h o r t e n e dt h es y s t e m a t i cr e s p o n s et i m e ，h a se n s u r e t h er e a l t i m ec h a r a c t e ro ft h ed a t a , a n dh a sr e a c h e dt h eg o a lo fd e s i g ne x p e c t e d s o n gm i n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f w uk e h e k e yw o r d s ：s o f t w a r eb u s ，c o m p o n e n tt e c h n o l o g y , j 2 e e ，i n t e l l i g e n ta g e n t ， t h r e a d 华北电力大学硕士学位论文 摘要 基于软件总线技术的电网实时数据管理系统随着电网企业规模的扩大和数据 源的增多，系统响应速度和数据实时性受到很大的影响。为了解决这些问题，本文 在查阅大量国内外文献的基础上，将智能a g e n t 技术引入基于软件总线的系统。并 对a g e n t 技术和软件总线技术的理论及关键技术进行了深入的学习和研究，重点讨 论了a g e n t 之间的通信机制。在此基础上，本文对基于a g e n t 技术的实时数据管理 系统进行了总体设计，并详细设计了系统中所涉及智能a g e n t 模块，采用多线程技 术实现智能a g e n t 。应用结果表明，该系统具有较高的数据采集效率，缩短了系统 响应时间，保障了数据实时性，达到了预期设计的目标。 关键词：软件总线，构件技术，j 2 e e ，智能a g e n t ，线程 a b s t r a c t s y s t e m a t i cr e s p o n s es p e e do fg r i dr e a l - t i m ed a t am a n a g e m e n ts y s t e ma n dd a t a r e a l - t i m e c h a r a c t e ra r ei n f l u e n c e dg r e a t l yw i t ht h ee n l a r g e m e n to ft h es c o p eo f 面de n t e r p r i s e a n di n c r e a s i n go fd a t as o u r c e i no r d e rt os o l v e t h e s ep r o b l e m s ，t h i sp a p e rw a so nt h eb a s i so f i n v e s t i g a t i n gag r e a td e a lo fd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a ld o c u m e n t s ，a n di n t r o d u c e da g e n t t e c h n o l o g yt ot h es y s t e mb a s e do ns o f t w a r eb u s a n dt h i sp a p e rr e s e a r c h e dd e e p l ya sw e l la s t h ep r i n c i p l ea n dc r i t i c a lt e c h n o l o g i e so fa g e n tt e c h n o l o g ya n ds o f t w a r eb u st e c h n o l o g y , h a d d i s c u s s e dt h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mb e t w e e na g e n t se s p e c i a l l y o nt h eb a s i so ft h i s ，t h i s p a p e rh a dd e s i g n e dt h er e a l - t i m ed a t am a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do na g e n tt e c h n o l o g y o v e r a l l ，a n dh a dd e s i g n e da g e n tm o d u l ei n v o l v e di nt h es y s t e mi nd e t a i l ，a n dh a da d o p t e dt h e m u l t i t h r e a dt oi m p l e m e n tt h ea g e n t s t h ea p p l i c a t i o nr e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h i ss y s t e mh a s h i g h e re f f i c i e n c yo fd a t aa c q u i s i t i o n , h a ss h o r t e n e dt h es y s t e m a t i cr e s p o n s et i m e ，h a se n s u r e t h er e a l t i m ec h a r a c t e ro ft h ed a t a , a n dh a sr e a c h e dt h eg o a lo fd e s i g ne x p e c t e d s o n gm i n ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y ) d i r e c t e db yp r o f w uk e h e k e yw o r d s ：s o f t w a r eb u s ，c o m p o n e n tt e c h n o l o g y , j 2 e e ，i n t e l l i g e n ta g e n t ， t h r e a d 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文基于a g e n t 技术的软件总线技术的研 究与实现，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作 和取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工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。 学位论文作者签名： 采垄生 日 期：邂：主丝 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保管、 并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手 段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为 目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学 位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 导师签名：凌坦三一 日期：堡塑：! ：哆 华北电力大学硕士学位论文 1 1 课题背景及研究意义 第一章引言 随着计算机技术的飞速发展，软件开发的工期长、质量无法保证、开发过程复 杂等弊端也渐渐暴露出来，软件系统的可靠性和可维护性明显降低，软件业出现危 机。正是为了解决这一矛盾，面向对象的语言产生了。面向对象的模式是一种基于 软件复用的软件开发模式。软件复用在一定程度上提高了软件生产率，解决了软件 危机。在此基础上人们提出了软件构件化和软件总线的概念。软总线的概念来源于 计算机硬件技术，人们希望它能够实现类似于硬件总线的桥梁的功能，任何符合一 定标准的应用程序都可以通过适配器以插件方式获得总线的支持，与总线上的其他 部件相互通信、协调与控制，随着系统的规模和应用范围的不断扩大，软件系统的 开放性、可移植性和互操作性就变得越来越重要，基于软总线的分层开放的构架体 系已成为大型系统构建的首选方案。 因此，软件总线是软件工程发展到构件技术开发阶段的产物。构件技术开发方 法是从面向对象软件开发技术发展起来的。软件总线作为构件的组装架构，是伴随 着构件技术的产生而逐渐发展起来。软件总线的开发思想提高了软件开发的效率， 但随着系统规模的不断扩大，软件模块在增多，提高系统运行效率的问题已迫在眉 睫。 当前，软件a g e n t 研究在计算机科学的各个领域引起极大兴趣，主要原因是它 具有广阔的应用前景，如构造具有智能的人机界面，一般用户无需接受过多的培训 即可轻易地操作、应用该系统。智能系统可根据用户的喜好和需要，配置具有个性 化特点的应用程序。在企业网、增值网或i n t e r n e t i n t r a n e t 环境下，基于a g e n t 系统 可以有效管理海量数据的检索、过滤和传播。此外，a g e n t 软件的构造方式适合工 业控制系统的开发和管理。 本文将a g e n t 技术应用到软件开发的软件总线技术中，由于a g e n t 包含四个最 基本的特性，即自治性、社会能力、反应性和能动性，并且a g e n t 可以封装任何经 典的对策论或者符号逻辑推理方法，非常适合用来构造一种灵活、自主、快速处理 数据并进行传输的通信软件，这样不仅使总线上各构件有机地结合，良好地协同工 作；还可以使这些构件具有随时更新技术和扩充功能的特性，这两点正是软件开发 中重要的问题。 研究基于a g e n t 的软件总线技术既有重大的现实意义，又有重要的理论价值。 首先，对一个企业来说，最大的利润来自技术和产品的复用。软件总线的思想不仅 能通过资源有效整合来最大程度的实现技术复用，使用前的开发工作在以后的开发 华北电力大学硕士学位论文 中可以复用，而且能使技术得到持续性的发展和提高。例如，在平台软件的开发中， 考虑在未来新的规范出现时需要快速的提供支持，就应该把相应的接口规范尽可能 的做到国际规范的平台上去，而平台与部件的接轨尽可能简单，使系统在未来可以 平滑升级，即做到不用改动软件，仅靠平台升级就可以支持新的应用。 其次，由于真实系统的千差万别，a g e n t 的结构势必多样化。作为复杂系统的 系统元件，a g e n t 个体是一切多a g e n t 系统的基础，因此设计一种具有通用意义的 a g e n t 的结构具有重大意义，而且智能a g e n t 的理论基础涵盖面非常广泛，是多学 科有机融合的边缘学科，研究智能a g e n t 可以促进相关学科的相互渗透和发展，将 其引入软件总线技术，必将推动软件开发技术的发展，实现软件总线数据传输的智 能化、自动化、提高总线通信的可靠性、有效性和实时性。 1 2 国内外研究现状 国内外对软构件技术的研究已经比较成熟，处于实际应用中，但是还未形成统 一的标准。这些技术中最具有代表性的包括：对构件模型有o m a 的c o r b a ， m i c r o s o f t 公司提出的d c o m ，s u n 公司提出的e j b 和j 2 e e 的研究，以及对w 曲 s e r v i c e s 的研究。国外展开相关的研究集中于基于构件的开发、分布式组件开发、 基于过程模式的软件开发、软件复用等等。 国内也有不少科研单位对软件总线展开了相关的研究，主要代表是由北京大学 杨芙清院士所带领的青乌生产线开发领域平台研究小组，其目的是为了促进软件产 业的合理分工，形成构件生产业、集成组装业和服务业。此外，华北电力大学网络 研究所在近几年也针对软件总线技术做了大量的研究工作，并且在研究的基础上将 其进行应用推广。如发电企业e r p 模型中关于领域工程的思想和构件架构技术的 应用、发电企业智能管理系统软件总线技术的研究与开发等。 国内外对于a g e n t 的研究已经有了一定的成果，目前a g e n t 是人工智能领域的 一个研究热点，并且a g e n t 技术已经广泛应用到各种领域，如工业制造、远程医疗、 网络通信控制、交通控制等等。但是由于a g e n t 技术本身固有的特性限制了人们对 它的信任与应用。由于基于a g e n t 的软件系统是不可测、不确定的，整个系统的性 质和行为在设计阶段无法预知，因此，虽然可以给出个体a g e n t 的行为规范，但整 体行为只有在运行时才能动态体现，从而无法在开发时确定系统行为规范并进行测 试。所以a g e n t 技术虽然已经在生产生活中起到非常重要的作用，但这种技术还是 需要大家继续研究，不断完善，以便更好的为用户服务。目前，将a g e n t 应用到软 件总线技术的研究为数较少，本文将做这个研究，希望对软件业有所贡献。 2 华北电力大学硕士学位论文 1 3 关键技术 1 3 1 软件总线技术的原理 软件总线技术就是运用硬件总线的思想构建的一种“支持多主服务、统一接口 标准、统一权限控制、具有数据存取控制、易于扩充维护的软件平台，简而言之， 软件总线是构件的组装架构。软件总线不是简单的将各个控件联系起来，它还有许 多自己独特的功能，如容错处理，事务处理，安全管理，负载平衡，系统吞吐率控 制等等，这些是保证系统正常运行的一些控制功能。 软件总线技术是计算机硬件总线技术和软件模块化发展的产物，它可以极大的 提高开发速度，降低开发成本，增强应用软件的灵活性，降低软件维护费用，简化 软件升级过程，促使软件产业的合理分工，这些优点促使基于构件的软件总线技术 越来越得到重视。 1 3 2a g e n t 技术的原理 a g e n t 是起源于分布式人工智能的一种概念模型，通常是指具有目标、行为和 知识，能在不确定性环境中根据自身能力、状态、资源、相关知识以及外部环境信 息，通过规划、推理和决策实现问题求解，并进行相应的活动，自主地完成特定任 务并达到某一目标的实体，它可以是物理实体或抽象实体。 1 4 本文主要研究内容和章节安排 本文首先介绍了a g e n t 及多a g e n t 系统的原理，包括a g e n t 的概念、特点、分 类和a g e n t 间的通信机制等。然后介绍了软件总线的概念、特点和软件总线的设计， 并且分析了软件总线的实现技术路线。最后，结合电网实时数据管理系统，将a g e n t 技术应用到软件总线系统中，对该系统进行设计和实现，体现了引入a g e n t 技术的 软件总线系统的优势。本文的工作内容按照章节安排如下： 第一章介绍本文课题背景，研究意义，涉及的关键技术以及主要的研究内容。 第二章介绍a g e n t 以及多a g e n t 系统，包括a g e n t 的概念、特点、结构，多a g e n t 系统的概念、特点以及a g e n t 之间的通信机制和a g e n t 之间的协调与协作。 第三章介绍软件总线的概念和特点，分析了总线系统的维护管理及实现技术。 第四章介绍电网实时信息管理系统的结构，在此基础上分析和设计基于a g e n t 技术的实时数据管理系统，并设计和实现系统中的每个a g e n t 。 第五章介绍智能电网实时数据管理系统的功能和实现。 第六章总结本文讨论的内容和取得的工作成果，并对未来工作提出设想。 3 华北电力大学硕士学位论文 第二章a g e n t 及多a g e n t 系统原理的研究 2 1a g e n t 概述 a g e n t 的概念出现于2 0 世纪7 0 年代的人工智能( a i ：a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e ) 中，8 0 年代后期才成长起来。由于分布并行处理技术、面向对象技术、多媒体技术、 计算机网络技术，特别是i n t e r n e t 和w w w 技术的发展，a g e n t 不仅成为a i 和计算 机领域最活泼的研究内容之一，而且引起了科技界、教育界、工业界的广泛关注， 其应用也越来越广泛。 2 1 1 基本概念和特征 a g e n t 一词的概念因所研究和关心的问题不同而不一致，而且目前尚无被普遍 接受的一般定义。广义的a g e n t 包括人类、物理世界的机器人和信息世界的软件机 器人。狭义的a g e n t 则专指信息世界中的软件机器人或者称软件a g e n t 。它是代表 用户或其他程序，以主动服务的方式完成一组操作的机动计算实体。 w o o l d r i d g e 在i n t e l l i g e n c ea g e n t s ：t h e o r ya n dp r a c t i c e ) ) 中给出的a g e n t 的两种 定义获得大多数研究者的认同【1 1 。 定义1 1 ( 弱定义) a g e n t 用来最一般地说明一个软硬件系统，它具有以下四 个特性。0 自治性( a u t o n o m y ) ：a g e n t 可以在没有人或其他a g e n t 直接干预的情 况下运行，而且对自己的行为和内部状态具有某种控制能力；社会性( s o c i a l a b i l i t y ) ：a g e n t 和其他a g e n t 通过某种语言进行交流；反应性( r e a c t i v i t y ) ：a g e n t 能够理解周围的环境，并对环境的变化做出实时的相应；能动性( p r e a c t i v e n e s s ) ： a g e n t 不仅简单的对环境做出反应，也能够通过接受某些启动信息，表现出有目标 的行为。 定义1 2 ( 强定义)a g e n t 除了具备定义1 中的所有特性外，还应具备一些人 类才具有的特性，如知识、信念、义务、意图等。s h o h a m 认为a g e n t 就是一种实体， 它可以看作是由多种心智状态，如信念、能力、选择和承诺等组成的。另外，a g e n t 还可以具有其他一些特性，如：移动性( m o b i l i t y ) ：指a g e n t 可以在信息网络上 移动；真实性( v e r a c i t y ) ：假设a g e n t 不传输错误信息；仁慈性( b e n e v o l e n c e ) ： 假设a g e n t 没有冲突的目标，每个a g e n t 通常有求必应；合理性( r a t i o n a l i t y ) 假 设a g e n t 总是为实现目标而努力，而不阻碍目标的获得，至少在它的信念中应该如 此。 a g e n t 具备很多种属性。包括代理性、自治性、主动性、反应性、社会性、智 能性、合作性、移动性、诚实性等等的特征【2 1 。不同用途的a g e n t 具备的特性不同， 4 华北电力大学硕士学位论文 但是都必须包括以下四种特性。 ( 1 ) 自治性a g e n t 应该是一个独立自主的计算实体，具有不同程度的自治能 力，即部分或者彻底的不受用户干预而自行工作。它根据其内部状态和感知到的( 外 部) 环境信息，决定和控制自身的行为。 ( 2 ) 社会性a g e n t 能与其他a g e n t 进行多种形式的交互，能有效的与其他 a g e n t 协同工作。 ( 3 ) 反应性a g e n t 能感知所处的环境，并对相关事件做出适时反应。 ( 4 ) 主动性a g e n t 能遵循承诺采取主动行动，表现出面向目标的行为。 a g e n t 的形式化定义如下： a g e n t p f i v a t ed a t al ，d a t a 2 k n o w l e d g e b a s er u l el ，r u l e 2 p r o c e s s o n d o a tp r i o r i t y p r o c e s s o n d o a tp r i o r i t y a c t i o n a c t i o n p r o c e s s o r e n d 其 标识a g e n t 名；p r i v a t e 域定义a g e n t 的局部数据，p r o c e s s 域 定义a g e n t 的处理过程，p r o c e s s o r 域则标识处理机的地址，a c t i o n 域定义每个处理 过程的具体处理流程；k n o w l e d g e b a s e 域定义a g e n t 的历史经验库，历史经验库中 的知识用规划的形式组织。a g e n t 的处理过程将根据需要访问历史经验库。 2 1 2a g e n t 的结构类型 a g e n t 的基本功能就是与外界环境交互，获得信息，对信息按照某种技术处理， 然后作用环境。如图2 1 所示是a g e n t 的基本结构。a g e n t 可以看成一个黑箱子，通 5 华北电力大学硕士学位论文 过传感器感知环境，通过效应器作用环境。a g e n t 软件通过字符串编码作为感知和 作用。大多数a g e n t 不仅要与环境交互作用，更主要的是处理和解释接受的信息， 达到自己的目的。 厂 l 乇不+ 盔la o p n t 、 i l 。旯l“5 0 一感知卜叫信息处理模零卜 卫坠叫 ol 通 翮 ， 信 执 l 暮菩曩l l 知识库l 模 9 1 行 块 模 1 厂 块 一决策与智能控制模块r， 图2 1a g e n t 基本结构 a g e n t 结构研究a g e n t 的组成模块及其相互关系，a g e n t 感知环境并作用于环境 的机制。从a g e n t 体系结构所基于的理论基础出发，将单个a g e n t 的体系结构1 2 】分 为： ( 1 ) 思考型a g e n t 结构 思考型a g e n t 中包含了环境的显式表示的符号模型，其决策是通过逻辑推理、 基于模式匹配和符号操作得出的。它通过传感器感受外界环境的信息，并且根据内 部状态进行信息融合，产生修改当前状态的描述。然后在知识库的支持下制定规划， 形成一系列动作，通过效应器对环境发生作用。如图2 2 所示是思考型a g e n t 的基 本结构图。由于将现实世界翻译成准确、合适的符号描述和让a g e n t 在一定时间内 根据这些信息进行推理和决策这两个问题很难真正解决，所以该模型实现起来有些 困难。 a g e n t 传感器l 内部状态卜- 叫信息融合 知识库卜叫 规划 环境 目标h 动作 效应器 图2 - 2 思考型a g e n t 基本结构 ( 2 ) 反应型a g e n t 结构 一些a g e n t 研究者认为，符号a i 对真实世界中客观事物及行为模式的抽象过 6 华北电力大学硕士学位论文 于简化，不可能是真实世界的客观反应；而认为a g e n t 的智能取决于感知和行动， 并提出a g e n t 智能行为的模型一反应型a g e n t 结构。反应型a g e n t 内部预置相关的 知识，在外界刺激符合一定的条件后，a g e n t 不进行逻辑推理，直接调用预置的知 识，产生相应的输出。如图2 3 所示为反应型a g e n t 的基本结构，图中条件动作则 使得a g e n t 将感知与动作连接起来，其中方块表示a g e n t 决策过程的当前的内部状 态，椭圆表示过程中所用的背景和信息： 效应器 图2 - 3 反应型a g e n t 基本结构 反应型a g e n t 的相应速度较快，在处理有限的任务时优于思考型a g e n t 。但是 在处理需要环境知识的任务时，反应型a g e n t 存在问题，因为这些知识是通过推理 或者记忆获得，不是通过感知得到。 ( 3 ) 混合型a g e n t 结构 思考型a g e n t 具有较高的智能，但是无法对环境的变化做出快速响应，反应型 a g e n t 能及时而快速地响应外来信息和环境的变化，但智能程度较低，也缺乏足够 的灵活性。所以纯粹的思考型或者反应型a g e n t 结构对于大多数的实际问题都不是 十分合适，而比较好的方法是综合两者的优点，将两者结合起来，构成混合型a g e n t 结构。通常在设计混合型a g e n t 至少包括以下两部分的层次结构：高层是一个包含 符号世界模型的认知层，它用传统符号a j 的方式处理规划和进行决策；底层是一 个能快速响应和处理环境中突发事件的反应层，它不使用任何符号表示和推理系 统，反应层通常被给予更高的优先级。 ( 4 ) b d ia g e n t 模型 目前最常用的a g e n t 模型是b d i 3 1 ( b e l i e f , d e s i r e ，i n t e n t i o n ) 模型。b e l i e f ( 信念) 即a g e n t 对其所处环境的认识，这种认识尽可能全面和正确；d e s i r e ( 愿望) 或者目标 是a g e n t 希望到达的状态，通常是人交给a g e n t 的任务；而i n t e n t i o n ( 意图) 是系统当 前或者将来某个时刻要选择执行的任务，描述了a g e n t 为达到愿望而计划采取的动 作步骤，意图在a g e n t 的动作过程中可能会由于环境的改变而需要决定新的动作步 骤。典型的b d ia g e n t 体系结构应该包括如图2 - 4 所示的几个部分。 7 华北电力大学硕士学位论文 图2 - 4b d i a g e n t 体系结构图 信知数据库存储信知和事实。目标是指系统等待实现的目标。规划数据库中的 一个规划描述特定序列的动作和测试如何实现既定目标或者响应特定环境变化。意 图结构中存放了已经选择作为最终执行的规划；解释器负责操纵以上组件，挑选合 适的基于信知和目标的规划，放到意图结构中，它负责完成系统主要工作。 2 2 多a g e n t 系统概述 2 2 1m a s 的概念及体系结构 多a g e n t 系统( m u l t i - a g e n ts y s t e m ，m a s ) 是指由多个可执行网络计算a g e n t 组成的集合。多a g e n t 系统的协作求解问题的能力超过单个的a g e n t ，这是m a s 产 生最主要的原因。在网络与分布式环境下，每个a g e n t 是独立自主的，能作用于自 身和环境，能操纵环境的部分表示，能对环境的变化做出反映，更重要的是能与其 他a g e n t 通信、交互，彼此协同工作，完成共同的任务。 因此，m a s 可定义为：能进行问题求解，能随环境改变而修改自己的行为，并 能通过网络与其他a g e n t 进行通信、交互、协作、协同完成求解同一问题的分布式 智能系统。这样的系统能模拟人类社会团体、大型组织机构的群体工作，并运用他 们解决问题的工作方式解决共同关心的复杂问题。 多a g e n t 系统常见的体系结构主要有以下三种： ( 1 ) a g e n t 网络。在这种体系结构中，不管是远距离的还是近距离的a g e n t 之 间都是直接通信的。对这种类型的a g e n t 框架，通信和状态知识都是固定的，每个 8 华北电力大学硕士学位论文 a g e n t 必须知道消息应该在什么时候发送到什么地方，系统中有那些a g e n t 是可以 合作的，都具备什么样的能力等。但是，将通信和控制功能都嵌入每个a g e n t 内部， 就要求系统中的每个a g e n t 都拥有有关其它a g e n t 的大量信息和知识，而在开放的 分布式系统中，这往往是做不到的。另外，当系统中的a g e n t 的数量越来越大的时 候，这种一对一的直接交互将导致低效率。 ( 2 ) a g e n t 联盟。a g e n t 联盟不同于a g e n t 网络，若干距离较近的a g e n t 通过 一个叫做协助者的a g e n t 来进行交互，而远程a g e n t 之间的交互和消息发送是由各 局部a g e n t 群体的协助者a g e n t 协作完成的。这些协助者a g e n t 可以实现各种各样 的消息发送协议。当一个a g e n t 需要某种服务时，它就向它所在的局部a g e n t 群体 的协助者发出一个请求，该协助者a g e n t 将以广播方式发送该请求，或者将该请求 与其它a g e n t 所声明的能力进行匹配，一旦成功，则将该请求发送给匹配成功的 a g e n t 。这种结构中，a g e n t 不需要知道其它a g e n t 的详细信息，所以比a g e n t 网络 结构有较大的灵活性。 ( 3 ) 这种结构和联盟系统有相似之处，不同的地方在于黑板结构中的局部 a g e n t 群共享数据存储于一黑板，即a g e n t 把信息放在可存取的黑板上，实现局部 数据共享。在一个局部a g e n t 群体中，控制外壳a g e n t 负责信息交互，在网络控制 者a g e n t 负责局部a g e n t 群体之间的远程信息交互。黑板结构的不足之处在于：局 部数据共享要求一定范围的a g e n t 群体中的a g e n t 拥有统一的数据结构和知识表示， 这就限制了系统中a g e n t 设计和建造的灵活性。 由于多a g e n t 系统是由多个a g e n t 基于一定的协调机制组成的自组织系统。 a g e n t 的自主性和系统的协调机制使得多a g e n t 系统在描述复杂系统方面具有优越 的特点：分布式，多a g e n t 系统不仅在结构上是分布的，在逻辑上也是分布的，其 中的a g e n t 具有不完全的知识和分布的决策能力，计算也是异步进行的；适应性， 多a g e n t 可以在协调机制下通过交互和自学习适应环境的变化和不确定性：开放性， a g e n t 无论从概念上还是从实现上都是一种封装模型，其内部结构和算法可以由不 同时间和地点采取不同方法加以实现，通过标准的接口加入到多a g e n t 系统中。 2 2 2 多a g e n t 技术的特点及应用 多a g e n t 主体是指一种可确认的，具有跨越地址空间运行机制的主体。多a g e n t 具有流动性和代理性，前者指该代码具有跨地址空间运行的机制，后者指其具有主 体的特性。 多a g e n t 主体技术起源于人工智能领域，是用人工智能技术对分布式计算进行 飞跃式改良的结果。 它一度受相关网络技术影响，长时间停留在实验室里。但是，随着i n t e m e t 技 9 华北电力大学硕士学位论文 术迅猛发展，多智能体技术逐渐显现出它的应用价值和发展潜力。 多a g e n t 系统为分布式软件系统的分析和设计提供了一种抽象的思维方法，它 把系统中的各功能主体看作为独立、自主、有一定智能、善于合作和交互的软件实 体。 多a g e n t 系统已经引起各个领域的研究人员的重视，其主要原因是采用多a g e n t 系统的理论和技术实现的系统在很多方面具有明显的优势。由于多a g e n t 系统具有 这样的突出特点：对现实应用要求的广泛适应性、设计的简单性和所设计的系统在 运行中所表现出来的良好性能【16 1 ，多a g e n t 系统被应用到了诸多应用领域，如制造、 通信、航空管理、交通管理、信息管理系统、商业过程管理、远程诊断、教育与娱 乐等。 2 3a g e n t 问的通信 a g e n t 之间的交互行为是a g e n t 社会性的重要表现，是a g e n t 与外界环境相互 作用的一种方式，也是a g e n t 区别于传统a i 系统的重要属性。 2 3 1a g e n t 间通信的协议 a g e n t 通信协议保证了通信各方能够交换并理解消息，但a g e n t 表达自己交互 的意图，必须通过一系列有组织和结构的消息交换来实现。a g e n t 交互协议直接反 映了a g e n t 交互的目的和交互的规则，与a g e n t 内部的推理机制也紧密相关【7 1 。因 此a g e n t 的交互协议是m a s 系统研究的重点和热点。 交互协议可以按照多种标准进行分类，但是比较重要的分类有两种【2 1 ，一种是 根据交互的目的分为：基于协调的交互协议、基于协作的交互协议和基于协商的交 互协议。另一种是根据交互的时间分为：长期协议、中期协议和短期协议等。其实， 交互协议的分类并没有严格的区别。总之，不管是什么交互协议，其目的都是要保 证对话过程的组织性，从而体现出交互各方的意图并达到一定的目的。 ( 1 ) 基于协调的交互协议 基于协调的交互协议简称为协调协议，一般来说，“协调协议”的范围比较广， 泛指协议的目的是在多a g e n t 的行为间实现“一致性”。在资源有限的情况下，a g e n t 需要协调他们彼此间的活动以便增加自身的利益或是满足总体目标。由于没有一个 a g e n t 有足够的能力、资源或是信息能完成一个系统的目标，所以大多数a g e n t 的 活动必须进行协调，他们在活动中彼此依存，同时也要满足全局的需要。协调还包 括向其他a g e n t 提供实时的信息，确保a g e n t 的活动是同步的，以及避免多余的解 决方案。 协调协议在一定程度上提供了可预见性，使a g e n t 在采取进一步行动时考虑处 1 0 华北电力大学硕士学位论文 理a g e n t 之间相互依存的关系，解决全局资源的限制或是资源的冲突。 ( 2 ) 基于协作的交互协议 基于协作的交互协议简称协作协议，它强调交互的各方具有一致的或暂时一致 的利益关系，协议的目的是在帮助它们相互合作达到共同的目标，如合同网、黑板 结构就常用于协同问题求解。 ( 3 ) 基于协商的交互协议 基于协商的交互协议简称为“协商协议”，它是一种竞争性的或自利性的交互 协议，采用该协议的a g e n t 的目的是追求自身利益的最大化。协商协议的例子有： 投票机制、拍卖机制、交涉机制、辩论机制等。协商是m a s 实现协同、协作、冲 突消解和矛盾处理的关键环节。 协商协议的主要研究内容是a g e n t 通信语言( a c l ) 的定义、表示、处理和语 义解释。协商协议的最简单的形式是如下一条协商通信消息：( ， ) 。其中协商原语即消息类型，它的定义通常基于言语行为理论；消息内容除 包括消息的发送者、接收者、消息号、发送时间等固定信息外，还包括与协商应用 的具体领域有关的信息描述。 2 3 2a g e n t 间通信的语言 目前国际上著名的a g e n t 通信语言主要包括：美国a r p a 的知识共享计划中提 出的一个是k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ) 知识查询与操纵 语言，另一个是k i f ( k n o w l e d g ei n t e r c h a n g ef o r m a t ) 知识交换格式，还有一个是 f i p a a c l 语言。它们在语法格式的定义和语义解释上稍有不同。 ( 1 ) k i f 通信语言 k i f 是表述某一领域属性特征的公共语言。它并非一种表示消息本身的语言， 而主要是形成k q m l 消息的内容部分，即为其提供一种语法格式。k i f 严格基于一 阶谓词逻辑演算，类似于l i s p 的语法表示。 举个例子来说： ( = ( h e i g h tt o m ) ( s c a l a r1 8 2c m ) ) 在此表达式中，“= 表示该集域中两个对象之间的关系，由标准k i f 提供：h e i g h t 表示有单一自变量的函数，且该自变量是集域中的实体；而s c a l a r 表示有两个自变 量的函数。它所要表达的内容是是“汤姆的身高是1 8 2 c m 。可见，k i p 提供了一个 基本的固定的逻辑结构框架，通常包含了一阶谓词逻辑连接符、二元b o o l e 连接 符、全称量词、存在量词和基本的对象词汇，特别是数字、字符、字符串以及一些 准函数和对象的关系。 ( 2 ) k q m l 通信语言 华北电力大学硕士学位论文 k q m l 是一种最通用的a g e n t 通信语言。k q m l 规定了消息格式和消息传送系 统，为多a g e n t 系统通信和协作提供了一种通用框架。在概念上，k q m l 可分为三 个层次：通信层、消息层和内容层。通信层描述与通信双方有关的一组属性；消息 层构成了k q m l 语言的核心，它确定了可以与使用k q m l 语言的a g e n t 进行交流 的类型。消息层的基本功能是确定传送消息所使用的协议，并由发送方提供一个与 内涵相关的行为原语，指明消息中的内涵为确认、询问、命令或是其他已知的原语 类型。内容层是消息所包含的真正的内容，用程序自己的表示语言来表示。k q m l 可以采用任何形式的表示语言。信息内容用另外一种完全不同的语言来描述。 k q m l 使用了一些关键字作为保留的行为原语参数。它们的含义如表2 1 所示。 表2 1k q m l 中一些保留的关键字 关键字 含义 s e n d e r行为原语的发送者 r e c e l v e r 行为原语的接收者 f r o m 用f o r w a r d 转发时，c o n t e n t 内容的原始发送者 t o 用f o r w a r d 转发时，c o n t e n t 内容的最终接收者 i n r e p l y t o对前条消息响应的标签，其值与前条消息的r e p l y w i t h 的值一致