基于多Agent的傳感器管理系統研究與設計

本文提出了一種傳感器管理系統框架，給出了基于多Agent的解決方案。該結構通過(guò)多個(gè)Agent間的相互協(xié)商來(lái)實(shí)現傳感器任務(wù)的分配，較好地克服了在融合中心存在的缺陷。并在此基礎上著(zhù)重探討各Agent之間的協(xié)調合作問(wèn)題，實(shí)現了基于KQML語(yǔ)言的各Agent之間的協(xié)調機制。

1 引 言

多傳感器系統能從不同的角度和視野獲取其觀(guān)測環(huán)境更多的全局信息，在軍事和民用領(lǐng)域正受到越來(lái)越廣泛的重視。為適應現代戰場(chǎng)變化，獲得最佳的作戰效果，許多研究人員開(kāi)始把注意力放在對傳感器資源進(jìn)行自動(dòng)或半自動(dòng)管理的研究上，充分發(fā)揮各個(gè)傳感器的效能。與此同時(shí)，隨著(zhù)指揮自動(dòng)化建設的不斷前進(jìn)和更新，越來(lái)越多的遺留系統擺在研究人員的面前，如何合理利用這些遺留系統也是科研人員需要解決的一個(gè)問(wèn)題。一個(gè)方案就是包裝遺留部件，為他們提供“Agent層次”的功能，使得它們可以和其它的軟件部件進(jìn)行通信和合作。

2 傳感器管理現狀

傳感器管理的核心問(wèn)題就是依據一定的最優(yōu)準則，確定目標選擇何種傳感器以及該傳感器的工作方式及參數。傳感器管理系統(SMGS)的任務(wù)就是利用有限的傳感器資源，滿(mǎn)足對多個(gè)目標和掃描空間的要求，以得到各具體特性的最優(yōu)度量值(檢測概率，截獲概率，傳感器自身的發(fā)射能力，航跡精度或丟失概率等)，以最優(yōu)準則對傳感器資源進(jìn)行合理分配，選擇傳感器的工作方式和工作參數。目前的傳感器管理的結構則分為集中式和分布式。

2.1集中式管理結構

在集中式管理結構中，由融合中心向所有的傳感器發(fā)送其需要執行的任務(wù)和完成該任務(wù)的參數集或運行模式。其缺點(diǎn)是融合中心難以對各個(gè)傳感器的負載情況做出實(shí)時(shí)的*估，在多任務(wù)時(shí)會(huì )造成負載不均衡，甚至會(huì )造成個(gè)別傳感器嚴重過(guò)載而無(wú)法完成任務(wù)，另外，當傳感器數目增多時(shí)，融合中心的計算量會(huì )急劇上升，通訊量也會(huì )大大增加。

2.2分布式管理結構

在分布式管理結構中，將管理功能分布在系統的不同位置或不同傳感器中。其不足是信息冗余會(huì )帶來(lái)嚴重問(wèn)題，此外，如果沒(méi)有一套公共的通訊設施，網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)之間的數據交換只能?chē)栏癜炊说蕉说姆绞竭M(jìn)行，發(fā)送端與接收端之間的延時(shí)會(huì )產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò )中不同部件的全局狀態(tài)出現瞬間的不一致，從而導致系統整體性能的下降。任務(wù)沖突和競爭使任務(wù)協(xié)調變得更加復雜。

3 基于多Agent的傳感器管理系統

Agent是來(lái)自于分布式人工智能的一個(gè)概念模型，通常是指具有目標、行為和知識，能在不確定性環(huán)境中，根據自身能力、狀態(tài)、資源、相關(guān)知識以及外部環(huán)境信息，通過(guò)規劃、推理和決策實(shí)現問(wèn)題求解，并進(jìn)行相應的活動(dòng)，自主地完成特定任務(wù)并達到某一目標的實(shí)體。

多Agent系統(MAS)是一組為實(shí)現某一全局目標，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )或計算機網(wǎng)絡(luò )相互連接起來(lái)的系統。其中的各Agent必須相互協(xié)商、協(xié)調和協(xié)作才能完成共同的任務(wù)，以實(shí)現全局目標。MAS以其適應環(huán)境的動(dòng)態(tài)自組織能力和開(kāi)放式的基礎結構而在許多領(lǐng)域受到重視。

3.1 系統構架及特點(diǎn)

圖1 傳感器管理系統(SMGS)的任務(wù)流程與外部接口關(guān)系

⑴決策過(guò)程分布在網(wǎng)絡(luò )上的各節點(diǎn)中，這種策略允許發(fā)揮各傳感器節點(diǎn)自身的管理潛能(局部管理器對其自身的傳感器任務(wù)進(jìn)行決策);

⑵全局系統任務(wù)管理器僅需對所屬傳感器提出任務(wù)要求，然后對系統任務(wù)的完成情況(性能指標)進(jìn)行監控，不需對傳感器進(jìn)行具體的管理;特別值得強調的是，由于傳感器Agent的設置，使傳感器具有高度的自主性及與設備無(wú)關(guān)性(傳感器與融合節點(diǎn)之間以及傳感器之間的信息交換可通過(guò)基于標準化的請求/響應查詢(xún)語(yǔ)言及情報數據鏈實(shí)現)，這為傳感器的機動(dòng)組網(wǎng)創(chuàng )造了有利條件;

⑶系統中的每個(gè)節點(diǎn)對應于一個(gè)物理實(shí)體或決策實(shí)體,它們之間通過(guò)消息進(jìn)行協(xié)調，系統容易構造;

⑷采用基于多Agent的系統，決策者在模型系統上所作的決策能夠很快在實(shí)際運行中實(shí)現，易于實(shí)現;

⑸一般的模擬方法只能*估事先設定好的決策方案的效果，而不能建議產(chǎn)生新的方案，即只能回答“what-if”的問(wèn)題，而不能回答“what’s best”，多Agent系統為回答“what’s best”問(wèn)題提供了可能性。