（电力系统及其自动化专业论文）电网广域后备保护多agent系统信息模型的研究.pdf

第 i 页西南交通大学博士研究生学位论文 基本网 a o e p n 对广域后备保护算法进行描述 对多a g e n t 的交互行为 进行验证与分析 针对各广域后备保护a g e n t 对等协商的特点 运用着色 p e t n 网概念 提出了对等协商多a g e n t 着色p e a r l 网模型 a o c p n d 给出 其形式化定义 通过实例验证了该模型能够在理论上较好地检验广域后备 保护算法的正确性 分析各种情景下各a g e n t 的动态行为 另外 提出了 多a g e n t 动态行为等价替换的原理 给出其定义 定理和操作步骤 通过 对广域后备保护多a g e n t 系统着色网的动态行为进行等价替换的实例分 析 验证了该原理的正确性 本文通过在保护a g e n t 的工作机制 保护多a g e n t 系统的仿真建模 基于面向a g e n tp e t f i 网的广域保护多a g e n t 系统的形式化验证等方面的研 究工作 较为系统地构建了一个电网广域后备保护多a g e n t 系统的信息模 型 为以后的研究工作打下了坚实的基础 关键词 广域后备保护 多a g e n t 系统 工作机制 仿真建模 面向a g e n t p e t r i 网 西南交通大学博士研究生学位论文第1 ii 页 a b s t r a c t h i g b e rt e c h n o l o g yr e q u i r e m e n t sa r ep u tf o r w a r dt or e l a yp r o t e c t i o na n d s e c u r i t ya n ds t a b i l i t yc o n t r o ls y s t e mw i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n t e r c o n n e c t i n g a m o n gl a r g e s c a l ep o w e rs y s t e m si n l a s tf e wy e a r s t h ea n a l y s i sf r o ms e v e r a l b l a c k o u t so fp o w e rs y s t e m so v e r s e a ss h o w st h a tt r a d i t i o n a lb a c k u pp r o t e c t i o n s a r ep r o n et om i s o p e r a t eu n d e re x c e p t i o n a lr u n n i n gs t a t u sb yt h ed i s t u r b a n c eo f s y s t e m c a u s i n gt h ec a s c a d et r i p p i n g w i t ht h ed e v e l o p m e n to fw i d e a r e a c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k w a n a n ds y n c h r o n i z a t i o nm e a s u r i n ge q u i p m e n t b a s e do ng p s g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m n o v e lw i d e a r e ab a c k u pp r o t e c t i o n w a b p s y s t e m s b a s e do nw i d e a r e ac o m m u n i c a t i o nn e t w o r ka n d s y n c h r o n i z e dp h a s o rm e a s u r e m e n th a v eb e e ns t u d i e dr e c e n t l y t h ew i d e a r e a b a c k u pp r o t e c t i o ns y s t e m sc a l lo b t a i nw i d e a r e ap r o t e c t i o ni n f o r m a t i o nt ob e a w a r eo fa c t u a lr u n n i n gs t a t u so fp o w e rs y s t e m s t h ew i d e a r e ab a c k u p p r o t e c t i o ns y s t e m su s i n ga g e n tt e c h n o l o g ya r es t u d i e dt os o l v et h ep r o b l e mo f t r a d i t i o n a lr e l a y s w o r k i n gi n d e p e n d e n t l y s o m eb a s i cr e s e a r c h e so nw a b p m u l t i a g e n ts y s t e mh a v eb e e nm a d e b u tt h e r ea r es t i l ls o m ep r o b l e m sn e e d e d t ob es t u d i e d s u c ha st h ea r c h i t e c t u r eo fw a b p m u l t i a g e n ts y s t e mb a s e do ni p c o m m u n i c a t i o n t h ee o r p o r a t i v es t r a t e g i e sa n dt h es i m u l a t i o ns y s t e mf o r c h e c k i n gu pt h er u n n i n gp e r f o r m a n c eo fw a b pm u l t i a g e n ts y s t e m p e t r i n e t w o r k a sas t r i c tf o r m a l i z a t i o nm o d e l i n ga n da n a l y s i st o o l m a yb ec o m b i n e d w i t ha g e n tt oc o n s t r u c tt h em o d e la n da n a l y z et h eb e h a v i o r so fw a b p m u l t i a g e n ts y s t e m t h er e s e a r c hs i t u a t i o na b o u tw a b pa l g o r i t h m sa r ei n t r o d u c e df i r s t l y t h e p r i n c i p l e so fa g e n ta n dm u l t i a g e n ta r ee x p a t i a t e d a sw e l la st h ea p p l i c a t i o n so f a g e n to np o w e rs y s t e ma n dt h e i re n l i g h t e n m e n tf o rt h es t u d yo fw a b et h e s t u d i e so fc o m m u n i c a t i o ns i m u l a t i o nm o d e l i n go nw a b pa n dp e t r in e t w o r k a p p l i c a t i o n so np o w e rs y s t e ma r ea l s or e v i e w e d t h eo b j e c t i v e sa n dr e s e a r c h e d c o n t e n ta r ep r o p o s e d a c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e so fw a b ps y s t e m t h ew o r k i n gm e c h a n i s m so f w a b p a g e n ta r es t u d i e d w h i c hi n c l u d et h ea r c h i t e c t u r eo fw a b pm u l t i a g e n t s y s t e m i n t e r n a lm u l t i l a y e rm o d e lo fp r o t e c t i o na g e n t t h es t a t et r a n s f e r r i n g b a s e do nf i n i t es t a t em a c h i n e e q u a ln e g o t i a t i o nm o d ea n dr o b u s tm e a s u r e s t h e 第f v 页西南交通大学博士研究生学位论文 l n f o r m a t i o nm o d e la n dw i d e a r e ac o m m u n i c a t i o nm o d e lo fw i d e a r e ab a c k u p p r o t e c t i o na g e n tb a s e do ni e c 6 1 8 5 0a r ep r o p o s e d t h es i m u l a t i o ns y s t e mf o rw a b pm u l t i a g e n ts y s t e mi ss t u d i e d w h i c h i n c l u d e st h es i m u l a t i n gd e s i g no fa g e n t t h em o d e l so fp o w e rs y s t e ma n ds d h w i d e a r e ac o m m u n i c a t i o ns y s t e ma n dt h es e t t i n go fs o m ek i n d so ff a u l t s t h e v i s u a ls i m u l a t i o nr e s u l t sa n de x a c tc o m m u n i c a t i o nd e l a y sc a nb eo b t a i n e df r o m t h es o m l a t i o ns y s t e m t h et e s t i n ge x p e r i m e n t sa n dt h e i ra n a l y s e si l l u m i n a t et h a t t h es i m u l a t i o nm o d e li sc o r r e c ta n dt h ep e r f o r m a n c eo fw a b pm u l t i a g e n t s y s t e mc a nb ec h e c k e du pw e l l t h ef o r m a l i z a t i o nm o d e l i n gf o rw a b pm u l t i a g e n ts y s t e mc o m b i n e dt h e a g e n tw i t hp e t r in e ti ss t u d i e d t h ei m p r o v e da g e n t o r i e n t e dp e t r in e ti sp u t f o r w a r d t h ew a b pa g e n t o r i e n t e d e l e m e n t a r yp e t r in e t a o e p n i s c o n s t r u c t e d a c c o r d i n gt oe q u a ln e g o t i a t i o nm o d e t h ea g e n t o r i e n t e dc o l o r e d p e t r in e t a o c p n i ss t u d i e d u s i n gt h ec o n c e p to fc o l o r e dp e t r in e t t h e r e s p e c t i v ew a b p a o c p ni s a l s oc o n s t r u c t e d t h ed y n a m i cb e h a v i o r so f w a b pa g e n t su n d e rs o m ef a u l ts i t u a t i o n sc a nb er e a s o n e di nt h et e s t i n g e x a m p l e s t h ew a b pa l g o r i t h mc a l lb et e s t e da sw e l l t h ed e f i n i t i o na n d t h e o r e mo fe q u a ls u b s t i t u t i o no fd y n a m i cb e h a v i o r si nm u l t i a g e n ts y s t e m sa r e p r o p o s e d a sw e l la st h eo p e r a t i o nm e t h o d t h ee q u a ls u b s t i t u t i o np r o c e s s e so f m u l t i a g e n ts y s t e m si nw a b p a o c p na r ea n a l y z e d w h i c hi l l u m i n a t et h a tt h e m e t h o do fe q u a ls u b s t i t u t i o ni sc o r r e c t t h er e s e a r c h e sw h i c hi n c l u d et h ew o r k i n gm e c h a n i s m so fp r o t e c t i o na g e n t s i m u l a t i o nm o d e l i n ga n do r i e n t e d a g e n tp e t r in e tb a s e df o r m a l i z a t i o nm o d e l i n g f o rw a b pm u l t i a g e n ts y s t e ma r es t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yi nt h i sp a p e r a sa r e s u l t a ni n f o r m a t i o nm o d e lf o rw a b ps y s t e mi sc o n s t r u c t e d t h e s ew o r k s g i v eaw e l l g r o u n d e di n f o r m a t i o ns u p p o r tf o rf u t u r es t u d y k e y w o r d s w i d e a r e ab a c k u pp r o t e c t i o n m u l t i a g e n ts y s t e m s w o r k i n g m e c h a n i s m s s i m u l a t i o nm o d e l i n g o r i e n t e d a g e n tp e t r in e t 西南交通大学 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 本人授权西南交通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 不保密函适用本授权书 请在以上方框内打 学位论文作者签名 孳呜i 日 指导教师签名 断 e i n 哆年 月2 6 日 日期 d 7 年 月中日 西南交通大学曲南父遗大字 学位论文创新性声明 本人郑重声明 所呈交的学位论文 是本人在导师指导下独立进行研 究工作所取得的成果 除文中已经注明引用的内容外 本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的 个人和集体 均己在文中作了明确的说明 本人完全意识到本声明的法律 结果由本人承担 本学位论文的主要创新点如下 1 针对广域后备保护系统的特点 提出了广域后备保护多a g e n t 系统对 等协商的体系结构 广域后备保护a g e n t 的工作机制 包括广域后备 保护a g e n t 的分层模型 信息流 基于状态机的状态转移 对等协商 模式 系统容错性处理等 内容请参见第2 章第l 2 节 2 构造了基于e p o c h s 的广域后备保护多a g e n t 系统的仿真模型 同步 实现了a g e n t 系统 电网和广域通信网络的仿真 通过仿真实验证明 了所提出的a g e n t 工作机制的正确性和有效性 内容请参见第3 章 3 提出了面向a g e n tp e t r i 网的广域后备保护多a g e n t 系统形式化建模与 验证方法 提出了广域后备保护多a g e n t 基本p e t r i 网 a o e p n 和着色 p e t r i 网 a o c p n 的模型 在理论上分析了各种情景下多a g e n t 的动态 行为 有效地检验了广域后备保护算法的正确性 提出了多a g e n t 动 态行为等价替换的定义 定理和操作步骤 内容请参见第4 章 4 将i e c 6 1 8 5 0 与广域后备保护a g e n t 结合的研究在国内外尚不多见 本 文构造了基于i e c 6 1 8 5 0 的广域后备保护a g e n t 的对象模型 广域点对 点的通讯模式 使得广域后备a g e n t 的设计符合变电站自动化系统的 发展趋势 内容请参见第2 章第3 节 学位论文作者签名 童哟即 日期 z 四年 月 日 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 1 1 课题研究的意义 第1 章绪论 由于电网互联具有提高供电的可靠性 优化配置电力资源等优点 可 产生巨大的经济效益和社会效益 欧美一些发达国家已经实现了电网的大 规模互联 目前 我国也在实施 西电东送 南北互供 全国互联 的发 展战略 大力发展高压 特高压的长距离传输 互联后大规模电网的运 行环境更复杂 同时电力市场的发展使得电力系统运作环境发生较大的变 化 经济压力迫使电力运行公司最大限度地利用电力设备 使系统和各元 件接近它的运行极限 电网之间产生相互影响 某一处比较严重的故障一 旦发生可能引起连锁跳闸事故 易导致区域甚至造成大面积停电事故 2 c i g r e 的一项研究表明 2 7 的电力系统扰动归因于保护系统的误动 作 9 n e r c 的一项报告研究了北美电网1 7 年的运行数据 发现6 3 的 系统大扰动都与保护有关 5 2 0 0 3 年美加 8 1 4 事故带来很大的经济损 失 引发电力工作者深入地研究其深层次的原因 该事故调查组在2 0 0 4 年出台的最终事故调查报告中指出 输电线路由于故障被切除导致相邻线 路过负荷运行 但线路配置的距离i i i 段保护由于整定原因 使得过负荷运 行时的测量阻抗进入到距离i i i 段保护的动作范围之内 又因为距离i i i 段保 护的整定延时较小 与安全自动控制装置没有配合 造成距离i i i 段保护 和 某些整定原则类似的距离i i 段保护 误动作切除处于过负荷状态的线路 虽 然保护装置的动作不当不是导致本次事故的主要原因 但毫无疑问 距离 i i i 段和某些距离i i 段保护的误动作在客观上加速了这次事故的扩展 巾j 世界范围内的几次大停电事故让人们认识到 大停电事故的发生除了 电网建设规划不合理 电网结构不合理 电网运行追求高经济效益 送电 接近输送极限 安全稳定裕度小等深层次原因外 传统继电保护装置误动 也是重要的原因 传统保护原理有一定的局限性 目前的继电保护和安全 自动装置存在一定的不足和问题 例如 常规的保护都是基于本地测量实 现的 主要采用主保护与后备保护的配合方式 主保护一般由纵联差动保 护 距离i 段 零序电流i 段 高频保护等组成 任意1 个主保护动作都 会跳开开关 使得保护拒动概率较小 但是容易误动 后备保护一般采用 阶梯式距离保护和零序过流保护 通过整定值和延时配合保证选择性 但 这样会造成动作时间较慢 故障切除的范围扩大 传统后备保护只是在主 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 保护拒动时启动后备作用 并不能有效地消除误动的情况 传统的各继电 保护之间一般没有通信来进行协商以消除拒动和误动 因此人们研究广域 后备保护 它在广域通信网络的支持下 通过各保护之间的协作和综合决 策能够及时发现电网故障元件 快速切除故障 使得广域后备保护成为主 保护的后备 同时优于传统后备保护 另外 传统继电保护装置与安全稳 定控制装置之间缺乏协调配合 难以反映区域电力系统的运行状况 可能 无法避免大规模停电事故的发生 6 7 1 为了提高大型互联电网的安全性和稳定性 解决现有保护与控制系统 存在的问题 随着计算机广域通信网络的快速发展 同步相量测量装置的 出现 利用广域通信网络和同步测量技术的广域保护系统f w i d e a r e a p r o t e c t i o ns y s t e m 近几年来受到国内外学者的广泛关注 基于广域信息的 继电保护算法与策略的研究是成为一个热剧舡1 7 a g e n t 技术作为计算机与人工智能的交叉点 是分布式智能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 的一个分支 近十几年得到很多研究 a g e n t 具有自治性 协作性 预动性等特性 由多个a g e n t 组成松散的分 布式系统 通过协作 协商与协调 克服单个a g e n t 工作能力有限 利用 的资源有限等缺点 从更广范围协同实现全局目标 适合于解决像大规模 电力系统这类复杂系统的控制问题 a g e n t 构成的系统与传统的分布式系 统相比 更强调自治性与协作的结合 因此a g e n t 技术为分布式系统提供 了一种崭新的解决思路 在许多领域得到大力的研究和应用 取得良好的 效果陋2 0 1 包括在电力系统的应用 2 1 2 6 尤其是近几年人们尝试将a g e n t 思想与广域保护结合 取得一些基础性研究成果 但是仍不够成熟 有许 多问题有待于深入研究 例如保护a g e n t 的工作机制 如何建立一个完整 的仿真系统模拟电力系统和检验保护多a g e n t 系统的运行效果 p e t r i 网是 一种较严谨的形式化建模和分析工具 适合于描述和验证并发系统的行为 能否考虑将a g e n t 与p e t r i 结合 对广域保护多a g e n t 在理论上进行形式化 的表达与验证呢 广域后备保护系统涉及电力系统继电保护 通讯 a g e n t 信息技术等 多学科 是一项极具挑战的工作 需要运用综合性研究方法 为新型电力 后备保护提供有力的信息模型构建支持 本文将在一种广域保护算法 多 a g e n t 技术 p e t r i 网理论等基础上 研究广域后备保护多a g e n t 系统的信 息模型 目标是研究广域后备保护系统中各a g e n t 的工作机制 仿真系统 的建模 较严谨的形式化表达等问题 使得保护a g e n t 的设计更加规范和 清晰 促进广域后备保护系统的发展 预防和抑制电网级联跳闸等严重事 西南交通大学博士研究生学位论文第3 页 故的发生 1 2 多a g e n t 技术及其在电力系统的研究现状 1 2 1 多a g e n t 原理 上个世纪9 0 年代初逐步发展起来的a g e n t 技术 有别于传统的对象 分布式系统等 作为一种解决分布式系统问题的崭新思路和方法 受到人 们越来越多的关注 已经在许多领域包括电力系统得到了研究和应用 以 下从7 个方面简要阐述其基本原理有关的研究 1 a g e n t 的基本定义与特性 a g e n t 的概念最早可追溯到c a r lh e w i t t 提出的并发对象模型 c o n c u r r e n ta c t o rm o d e l 定义了具有自兼容性 交互性和并发处理机制 的对象 1 9 1 m m i n s k y 引入了s o c i e t y 和s o c i e t yb e h a v i o r 的概念 1 9 指 出个体存在于社会中 社会中的个体在有矛盾的前提下通过协商或者竞争 的方法得到对问题的求解 这些个体被称为 a g e n t 在计算机领域 1 9 9 5 年m w o o l d r i g e 和n rj e n n i n g s 给出一个为人们广为接受的定义 l a g e n t 是 个自治的实体 计算机系统或软件 它能够感知环境 并且 对外界信息作出一定的判断和推理 控制自己的决策和行动 以便完成一 定的任务 智能a g e n t 不能在环境中单独存在 要与多个智能a g e n t 在 同一环境中协同合作 协同的手段是相互通信 每个智能a g e n t 都是主动 地 自治地工作 m w o o l d r i d g e 又提出a g e n t 有弱定义和强定义之分 l a g e n t 的弱定 义是 如果一个实体具有自治性 a u t o n o m y 反应性 r e a c t i v i t y 预动性 p r o a c t i v e n e s s 社会性 s o c i a la b i l i t y 4 种基本性质 那么该实体可视为一 个a g e n t 自治性是在没有人或其他a g e n t 直接干预的情况下运作 而 且对自己的行为和内部状态有某种控制能力 反应性是指a g e n t 能够观察 其环境 并在一定时间内作出反应 以改变该环境 预动性是指不仅能够 简单地对环境作出反应 而且能够通过接受某些启示信息 在目标的驱动 下进行情景分析与决策 体现出面向目标的行为 社会性是指和其他a g e n t 能够通过某种交流语言进行交互 a g e n t 的强定义是认为a g e n t 不仅应该 具有以上基本特性 而且还应该具有一些通常人才具有的概念 如知识 目的 信念 意图 承诺等 还具有移动性 真实性 仁慈性 合理性等 其它一些特性 1 9 1 a g e n t 与其它相关技术的关系如图1 1 所示 第4 页西南交通大学博士研究生学位论文 图1 1a g e n t 与相关技术的关系 a g e n t 与对象有很多相似点 都代表实体 都具有内部状态 属性 都采用基于消息的通信方式 都具有封装性 继承性等特点 但是a g e n t 封装了更复杂的行为 其内部结构比对象要复杂得多 对象的行为只能由 收到消息来触发 并且针对同样消息总是以同样行为方式来响应 a g e n t 可根据自己的目标 采取不依赖于外部环境的主动行为 针对同样的消息 依据所处环境和相关工作状态 a g e n t 可能会采取不同的行为方式 a g e n t 不同于传统的专家系统 一般的传统专家系统只具有独立的问题求 解能力 如计算 规划 推理及解释等 a g e n t 除了具有独立的问题求解 能力 还能通过合作求解问题 如消息传递 交互 协商及协作等 由a g e n t 形成的软件系统与传统的软件系统有所不同之处 传统的软件系 统中对象或模块一般是被调用才会采取行动 有受控的关系 而a g e n t 则 会根据自己的目标 意图而主动地采取行动 不需要外部的过多干预或制 定明确的控制关系 2 a g e n t 的分类 最常见的分类是根据a g e n t 的结构把a g e n t 分为慎思型 反应型和混 合型a g e n t r i g 删 慎思型a g e n t 是用人工智能的方法通过知识表示来实现 a g e n t 的表示和推理 通过对系统环境和期望的行为用符号表示 采用句 法规则处理 选择目标从而形成意图以产生智能行为 典型例子有a g e n t 0 和并发m e t a t e m 等 慎思型a g e n t 较抽象 停留在纯逻辑推理上 改进 的模型是实用推理a g e n t 将慎思过程加上了手段 目的的推理 r a o 和 g e o r g e f f 等提出了b d i 信念 愿望一意图 结构 删 强调规划和意图 反 应型a g e n t 在与周围环境的交互中获取知识 通过预先设定的简单规则处 理进行反应 反应型a g e n t 虽然结构简单 但是解决问题却是十分高效的 缺点是没有使用环境模型 基于局部信息做决策等 混合式a g e n t 通常包 括两个层次 高层是一个包含符号世界模型的意识层 用传统符号a i 的方 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 式处理规划和进行决策 低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 混合型a g e n t 综合了前两者 的优点 有水平层 如i n n e s 的t o u r i n g 机 和垂直层 如j o r g 的i n t e r r a p 两种结构 19 1 具有较强的灵活性和快速响应性 目前大多数研究的a g e n t 属于混合型a g e n t 3 多a g e n t 的合作模式 多a g e n t 在合作时一般要遵循一定模式才能更好地交互和完成任务 有合同网 市场机制 黑板模型 结果共享模型 功能精确协同方法等 1 9 1 1 合同网 c o n t r a c tn e t 合同网的思想源自人们在电子商务过程中 用于管理商品和服务的合同机制 在合同网中 将所有a g e n t 分为管理者 和工作者两种角色 任何a g e n t 通过发布任务通知书而成为管理者 任何 a g e n t 通过应答任务通知书而成为工作者 当a g e n t 无法独立完成该任务 时 它就将任务进行分解 履行管理者职责 发送任务招标通知书 从返 回的投标中选定最合适的工作者a g e n t 将子任务分配给这一a g e n t 建立 相应的合同 按合同执行子任务的工作者a g e n t 若不能独立完成任务 就 需要扮演管理者角色 将子任务继续分解 按合同网方式实行分配 2 市场机制市场机制适合于开放系统中大量a g e n t 或未知数量 a g e n t 问的协作 其基本思想是针对分布式资源分配的特定问题 建立相 应经济计算方法 使a g e n t 问通过最少的直接通信协调多个a g e n t 之间的 活动 系统中只存在生产者和消费者两种a g e n t 生产者提供服务 将某 一商品转换为另一商品 消费者能够进行商品交换 对a g e n t 关心的所有 事物 如技能 资源等 都给予标价 a g e n t 以各种价格对商品进行投标 但 所有商品交换都以当前市场价格进行 每个a g e n t 通过投标获得最大的利 益或效用 3 黑板模型黑板模型有3 个基本的组成都分 知识源 黑板 监控 机制 其基本思想是多个a g e n t 协同求解 个问题时 黑板是一个共享的 问题求解工作空间 每个a g e n t 都能看到黑板上的中间求解结果 并能把 自己的求解的结果添加到黑板上 当问题和初始数据记录到黑板上求解开 始时 所有a g e n t 利用其经验知识 通过看黑板寻找求解问题的信息 当 一个a g e n t 发现黑板上的信息足以支持它进一步求解问题时 就将求解结 果记录在黑板上 新加的信息可能使其他a g e n t 继续求解 重复这一过程 直到问题解决 4 结果共享模型其基本思想是每当一个a g e n t 得到某一子问题的 结果时 它就根据协作知识判断哪些a g e n t 可能需要这一结果 将结果传 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 送给相应的a g e n t 收到结果的a g e n t 利用该结果 集成到本地的问题求 解中以产生一个更为完整的求解结果 并传送给其他的a g e n t a g e n t 通过 共享结果 保证提高整体节的精确度 加快求解的速度 5 功能精确的协同方法 f u n c t i o n a l l ya c c u r a t ec o o p e r a t i v e f a c 从本质上说也是一种结果共享的协同问题求解方法 该方法适合于内在具 有分布特性的协作问题求解 如分布式解释问题和分布式诊断问题 其基 本思想是通过多个主体求解过程中不断地互换中间结果消除求解可能出现 的错误和汇集最终解 克服局部解之间可能存在的不一致性 f c 方法是 自底向上求解问题 各a g e n t 自主地求解问题 允许a g e n t 求解之间存在 不一致性和冲突 然后通过互换部分试验性结果消除矛盾逐步达到系统的 整体解 多a g e n t 合作模式还有很多 如部分规划的协调 通过联合意图的协 调 著名的有a r c h o n 模型 后面将详细介绍 等 但是它们都有一定 的适用场合 选用哪种模式需要结合对领域问题的分析才能决定 4 多a g e n t 系统协商时的结构 包括集中式 对等分布式 分层分布式 a g e n t 联盟等 具体如下 1 集中式结构位于一个控制中心的集中控制a g e n t 负责系统的全 局协调工作 该结构能保持系统内部信息的一致性 收集来自各个a g e n t 的实时信息 实现系统的管理 控制和调度较为容易 其缺点也较明显 即随着各a g e n t 复杂性和动态性的增加 控制的瓶颈问题也愈加突出 其 致命的问题是 一旦控制局部或全局的管理a g e n t 崩溃 将导致整个区域 或系统崩溃 2 对等分布式结构此结构中可存在多个中介服务机构 为a g e n t 成员寻求协作伙伴时提供服务 各a g e n t 无主次之分 处于平等地位 这 种结构的优点是 增加了灵活性 稳定性 控制的瓶颈问题也能得到缓解 不足之处是 因每个a g e n t 的运作受限于局部和不完整的信息 如局部目 标 局部规划 较难实现全局一致的行为和整体性能最优 3 分层分布式结构由集中式a g e n t 组成的分布式结构 集中式 a g e n t 分别管理多个底层a g e n t 系统包含一个或多个管理服务机构 它们 为集中式a g e n t 之间的协同提供服务 集中式a g e n t 负责在高层交换信息 分配任务和协调冲突 并收集本区域的a g e n t 的信息 予以决策和调度底 层a g e n t 的行动 分层分布式结构综合了集中式和分布式的优点 是目前 m a s 普遍采用的系统结构 1 1 1 4 1 a g e n t 联邦结构a g e n t 联邦 或社区 由管理a g e n t 成员a g e n t 西南交通大学博士研究生学位论文第7 页 和f a c i l i t o r 组成的集合构成 4 5 其中管理a g e n t 负责本联邦内任务的调度 规划与分配 成员a g e n t 在管理a g e n t 中注册 接受管理分配的任务 通 讯促进器f a c i l i t o r 负责与其他联邦的f a c i l i t o r 通信 本联邦的a g e n t 只有 借助f a c i l i t o r 与其他联邦的a g e n t 进行通信与协商 f a c i l i t o r 屏蔽了物理分 布和通信的细节 5 a g e n t 通信语言 a g e n t 通信语言的作用是为a g e n t 之间的交互定义表达知识的语义协 议 k q m l k n o w l e d g eq u e r ym a n i p u l a t el a n g u a g e 和f i p a f o u n d a t i o nf o r i n t e l l i g e n tp h y s i c a la g e n t s 是两种最主要的a g e n t 通信语言 它们为消息定 义一个外壳格式 在不知道消息内容的情况下 a g e n t 通过该格式可说明 和了解一条消息想做的动作 表达一个a g e n t 的信念 愿望 意图以及拟 执行的动作 消息中语用词是最重要的参数 k q m l 包含了4 1 语用词 如a s k o n e r e p l y s u b s c r i b t e l l 等 f i p a 定义了2 0 种语用词 如i n f o r m r e q u e s t a g r e e r e f u s e s u b s c r i b e 等 f i p a 比k q m l 更具有满足要求的语义 6 面向a g e n t 的设计方法 从软件工程的设计角度出发 产生一些面向a g e n t 代表性的方法论 1 9 如k i n n y 的a a i i 法 提出了内涵和外延模型 w o o l d r i g e 的g a i a 方法 系统表现为组织结构 组织视为角色的集合 角色以系统的 制度化的模 式参加与其他角色的交互作用 角色通过责任 许可 活动 协议四个属 性定义 o d e l l 等的a g e n tu m l u m l 是一种为统一建模语言 u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e 但本身并非方法论 通过扩充有用的u m l 标记描 述a g e n t 系统 刻画a g e n t 之间的静态关系和动态行为 一些文献研究了多a g e n t 系统自顶而下的的建模过程 4 6 5 2 j 先分析系 统目标 做系统级功能建模 然后确定各a g e n t 的目标 将系统目标和功 能分解到各个a g e n t 刻画各a g e n t 的交互关系与协议 现在已出现了有关多a g e n t 系统需求规范的研究 有些方法已用于试 验系统特别是一些形式化的方澍5 3 巧6 能够很直观地表现多a g e n t 系统结 构和决策过程 但这些形式化方法主要是关于慎思型a g e n t 多a g e n t 系 统设计方法学的研究目前还比较少 设计多a g e n t 系统时还没有严格的设 计方法可遵循 尤其是多a g e n t 系统一般都结合一些已存在的系统 这些 现存系统需转换成特殊的a g e n t 集成于系统中 从而导致设计更加复杂和 困难 7 a g e n t 两种常用模型的介绍 a g e n t 两种常用模型是b d i 和a r c h o n 第8 页西南交通大学博士研究生学位论文 1 b d i 模型 r a o 和g e o r g e f f 等提出了理性a g e n t 的b d i b e l i e f d e s i r e i n t e n t i o n 模 型 1 9 使用了三个基本的模态算符 信念 b e l i e f 愿望 d e s i r e 和意图 i n t e n t i o n 建立主体的b d i 模型 如图1 2 所示 k o n o l i g e 和p o l l a c k 提 出了他们对理性和行为意图的表达 57 s i n 曲使用了一种比较独特的方式 对a g e n t 和m a s 进行建模 使用了一种a g e n t 逻辑对意图 信念 知识 指导和通信分别进行描述 5 踟 m of u 在其博士论文中在b d i 基础上提出信 念一计划一行动的b p a b e l i e p 1 籼e 卜a c t 模型5 9 图1 2 b d i 模型 2 a r c h o n 模型 合作型体系结构a r c h o n a r c h i t e c t u r ef o rc o o p e r a t i v eh e t e r o g e n e o u s o nl i n es y s t e m s 是j e n n i n g s 等多人针对工业控制系统的协调活动研究的一 种基于联合意图的a g e n t 模型4 6 1 它的结构图如图1 3 所示 该体系结构 包括控制模块 合作和控制 通信管理器三层 控制层包含领域有关的 a g e n t 能力 包装了专家系统等传统软件 使得传统系统嵌套在控制模块 中 合作层维护三中不同类型的信息 熟人模型 自身模型 包含关于自 己的技能和兴趣方面的信息 和其他一般用途的信息存储 a g e n t 的行为 通过合作模块 情景评价模块 通信管理器这三个控制模块来决定 并且 制定了一些选择规则用于对队工作行为的重新评价和失败时确定修正动 作 a r c h o n 的优点是能够封装已有系统将它们转变为a g e n t 增加了一 个合作层实现多a g e n t 之间高层的交互与协作 其不足是当领域的任务较 复杂时 位于本地或多个a g e n t 控制层中的多个任务之间有调用关系 合 作模块将不能完全胜任 a r c h o n 中的几条选择规则过于抽象 在应用到 具体系统时要做较大修改 西南交通大学博士研究生学位论文第9 页 与苴他 n t 的通讯 毫覆黔j 一 擎 似卿 i l 咝西掺十 l 自身梗型i 燃h 了s w i i 笠视墨 lli lli 卜ff 赢6 蝴f 赢i 智能系