摘 要：本文提出了一種傳感器管理系統(tǒng)框架，給出了基于多Agent的解決方案。該結(jié)構(gòu)通過(guò)多個(gè)Agent間的相互協(xié)商來(lái)實(shí)現(xiàn)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(chǔ)上著重探討各Agent之間的協(xié)調(diào)合作問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了基于KQML語(yǔ)言的各Agent之間的協(xié)調(diào)機(jī)制。 關(guān)鍵字：多Agent系統(tǒng);傳感器管理;數(shù)據(jù)融合;主體通信語(yǔ)言KQML [b][align=center]Research and Design of Sensor Management System Based on Multi-Agent LI Wei ZHANG Feng-ming[/align][/b] Abstract: In this paper, we present a framework of sensor management system, the solution using multi-Agent technology is also provided. This architecture uses technique of Agent negotiation to realize sensor task allocation and overcomes the disadvantages of the hybrid architecture. We also emphasize on Agent coordinate problem and the cooperation mechanism between Agents in this architecture is implemented based on KQML. Keywords: multi-agent system; sensor management; data fusion; KQML 1 引 言 　　多傳感器系統(tǒng)能從不同的角度和視野獲取其觀測(cè)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(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)變化，獲得最佳的作戰(zhàn)效果，許多研究人員開(kāi)始把注意力放在對(duì)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)，隨著指揮自動(dòng)化建設(shè)的不斷前進(jìn)和更新，越來(lái)越多的遺留系統(tǒng)擺在研究人員的面前，如何合理利用這些遺留系統(tǒng)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(xiàn)狀 　　傳感器管理的核心問(wèn)題就是依據(jù)一定的最優(yōu)準(zhǔn)則，確定目標(biāo)選擇何種傳感器以及該傳感器的工作方式及參數(shù)。傳感器管理系統(tǒng)（SMGS）的任務(wù)就是利用有限的傳感器資源，滿(mǎn)足對(duì)多個(gè)目標(biāo)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(cè)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(zhǔn)則對(duì)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(shù)。目前的傳感器管理的結(jié)構(gòu)則分為集中式和分布式。 　　2.1集中式管理結(jié)構(gòu) 　　在集中式管理結(jié)構(gòu)中，由融合中心向所有的傳感器發(fā)送其需要執(zhí)行的任務(wù)和完成該任務(wù)的參數(shù)集或運(yùn)行模式。其缺點(diǎn)是融合中心難以對(duì)各個(gè)傳感器的負(fù)載情況做出實(shí)時(shí)的評(píng)估，在多任務(wù)時(shí)會(huì)造成負(fù)載不均衡，甚至?xí)斐蓚€(gè)別傳感器嚴(yán)重過(guò)載而無(wú)法完成任務(wù)，另外，當(dāng)傳感器數(shù)目增多時(shí)，融合中心的計(jì)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(jié)構(gòu) 　　在分布式管理結(jié)構(gòu)中，將管理功能分布在系統(tǒng)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(yán)重問(wèn)題，此外，如果沒(méi)有一套公共的通訊設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換只能?chē)?yán)格按端到端的方式進(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(xiàn)瞬間的不一致，從而導(dǎo)致系統(tǒng)整體性能的下降。任務(wù)沖突和競(jìng)爭(zhēng)使任務(wù)協(xié)調(diào)變得更加復(fù)雜。 3 基于多Agent的傳感器管理系統(tǒng) 　　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(biāo)、行為和知識(shí)，能在不確定性環(huán)境中，根據(jù)自身能力、狀態(tài)、資源、相關(guān)知識(shí)以及外部環(huán)境信息，通過(guò)規(guī)劃、推理和決策實(shí)現(xiàn)問(wèn)題求解，并進(jìn)行相應(yīng)的活動(dòng)，自主地完成特定任務(wù)并達(dá)到某一目標(biāo)的實(shí)體。 　　多Agent系統(tǒng)（MAS）是一組為實(shí)現(xiàn)某一全局目標(biāo)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接起來(lái)的系統(tǒng)。其中的各Agent必須相互協(xié)商、協(xié)調(diào)和協(xié)作才能完成共同的任務(wù)，以實(shí)現(xiàn)全局目標(biāo)。MAS以其適應(yīng)環(huán)境的動(dòng)態(tài)自組織能力和開(kāi)放式的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)而在許多領(lǐng)域受到重視。 　　3.1 系統(tǒng)構(gòu)架及特點(diǎn) [align=center] 圖1 傳感器管理系統(tǒng)（SMGS）的任務(wù)流程與外部接口關(guān)系[/align] 　　⑴決策過(guò)程分布在網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點(diǎn)中，這種策略允許發(fā)揮各傳感器節(jié)點(diǎn)自身的管理潛能（局部管理器對(duì)其自身的傳感器任務(wù)進(jìn)行決策）; 　?、迫窒到y(tǒng)任務(wù)管理器僅需對(duì)所屬傳感器提出任務(wù)要求，然后對(duì)系統(tǒng)任務(wù)的完成情況（性能指標(biāo)）進(jìn)行監(jiān)控，不需對(duì)傳感器進(jìn)行具體的管理;特別值得強(qiáng)調(diào)的是，由于傳感器Agent的設(shè)置，使傳感器具有高度的自主性及與設(shè)備無(wú)關(guān)性（傳感器與融合節(jié)點(diǎn)之間以及傳感器之間的信息交換可通過(guò)基于標(biāo)準(zhǔn)化的請(qǐng)求/響應(yīng)查詢(xún)語(yǔ)言及情報(bào)數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)），這為傳感器的機(jī)動(dòng)組網(wǎng)創(chuàng)造了有利條件; 　?、窍到y(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)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(diào)，系統(tǒng)容易構(gòu)造; 　?、炔捎没诙郃gent的系統(tǒng)，決策者在模型系統(tǒng)上所作的決策能夠很快在實(shí)際運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn); 　　⑸一般的模擬方法只能評(píng)估事先設(shè)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(tǒng)為回答“what’s best”問(wèn)題提供了可能性。 　　3.2 多Agent的SMGS模型中各Agent的運(yùn)行機(jī)制 　?、湃诤螦gent：為目標(biāo)、傳感器配對(duì)提供目標(biāo)狀態(tài)、屬性信息。對(duì)各傳感器發(fā)送來(lái)的所有相關(guān)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合;確定在下一個(gè)傳感器管理周期各傳感器代理需完成的系統(tǒng)任務(wù)及其全局性能指標(biāo);對(duì)系統(tǒng)任務(wù)的性能指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，以便確認(rèn)所要求的性能指標(biāo)是否達(dá)到。 　?、苽鞲衅鰽gent：獲取目標(biāo)和傳感器數(shù)據(jù);對(duì)經(jīng)協(xié)商后分配的傳感器任務(wù)進(jìn)行管理;對(duì)與其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通訊進(jìn)行控制。 [align=center] 圖2傳感器Agent的結(jié)構(gòu)[/align] 　　任務(wù)執(zhí)行層的功能取決于傳感器的類(lèi)型及其完成傳感器任務(wù)的能力。 　　任務(wù)規(guī)劃層負(fù)責(zé)確定在下一個(gè)管理周期傳感器需完成的任務(wù)集，并能對(duì)融合中心或其他代理發(fā)送來(lái)的信息以及操作員提供的信息進(jìn)行處理獲取環(huán)境態(tài)勢(shì)知識(shí)，在此基礎(chǔ)上確定各任務(wù)所對(duì)應(yīng)的優(yōu)先級(jí)。 　　Agent內(nèi)部規(guī)劃層和執(zhí)行層之間的信息傳送由通訊層負(fù)責(zé)，該層同時(shí)也支持分布式?jīng)Q策中的協(xié)商過(guò)程，它接收來(lái)自其它代理的執(zhí)行請(qǐng)求、通知或結(jié)果信息。協(xié)商過(guò)程要求能獲知傳感器完成某項(xiàng)任務(wù)的能力，通訊層通過(guò)規(guī)劃層可了解代理完成任務(wù)的現(xiàn)狀，一旦由其它代理建議的任務(wù)被接受，通訊層就會(huì)把經(jīng)協(xié)商確定的傳感器級(jí)性能指標(biāo)下傳到其它層。如果某項(xiàng)任務(wù)無(wú)法執(zhí)行，通訊層將要求的傳感器性能指標(biāo)與規(guī)劃層中的信息進(jìn)行比較,確定應(yīng)該由其它Agent執(zhí)行的一組行為，或者將結(jié)果通知給其它Agent，只有那些能被Agent完成的任務(wù)才傳送到規(guī)劃層。 　?、欠桨干葾gent：根據(jù)預(yù)先設(shè)置的各傳感器“特長(zhǎng)”生成“傳感器”或“傳感器組”與任務(wù)的可選配對(duì)方案，給當(dāng)前監(jiān)測(cè)空間出現(xiàn)的某特定目標(biāo)，配對(duì)一個(gè)特定傳感器或傳感器組合對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步檢測(cè)，以提供該目標(biāo)的信息。 　　⑷方案優(yōu)化Agent：按照任務(wù)需求優(yōu)選上述方案，形成目標(biāo)優(yōu)先級(jí)排序。 　　⑸傳感器控制Agent：是一個(gè)轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)把傳感器分配方案轉(zhuǎn)換為傳感器可執(zhí)行的命令，同時(shí)還完成傳感器的模式選擇、參數(shù)選擇等具體操作。 　?、嗜蝿?wù)規(guī)劃Agent：負(fù)責(zé)具體的傳感器任務(wù)分配。 　　依據(jù)以上幾方面提供的依據(jù)，形成傳感器管理方案，直接對(duì)傳感器配置進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，基于Agent的傳感器管理系統(tǒng)對(duì)形成數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)的閉環(huán)控制模式起著反饋調(diào)節(jié)作用，增加了系統(tǒng)的魯棒性。 4 多Agent間的協(xié)調(diào)機(jī)制 　　SMGS強(qiáng)調(diào)各個(gè)實(shí)體間的協(xié)同工作，因此是否能夠協(xié)調(diào)地完成預(yù)定任務(wù)，是多系統(tǒng)應(yīng)用于的關(guān)鍵問(wèn)題之一。Agent之間的協(xié)調(diào)機(jī)制可以用多種方法實(shí)現(xiàn)，通訊是各獲取信息以進(jìn)行協(xié)商與協(xié)調(diào)必不可少的手段。我們研究重點(diǎn)是基KQML（Knowledge Query and Manipulation Language）的Agent通訊與協(xié)調(diào)機(jī)制在SMGS系統(tǒng)中的應(yīng)用。 　　4.1 KQML語(yǔ)言 　　對(duì)于Agent中的任何一種協(xié)作，方法和語(yǔ)言是不可或缺的?，F(xiàn)在通訊語(yǔ)言有了很大的發(fā)展。這些語(yǔ)言定義了語(yǔ)法和語(yǔ)義用于Agent間的通訊。KQML是一種用于軟件間交換信息和知識(shí)的語(yǔ)言和協(xié)議，為消息的表達(dá)和處理提供了標(biāo)準(zhǔn)的格式。其主要優(yōu)點(diǎn)有: ⑴具有靈活的結(jié)構(gòu)和良好的可擴(kuò)充性;⑵獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)傳輸機(jī)制;⑶獨(dú)立于內(nèi)容層表達(dá)語(yǔ)言;⑷能夠滿(mǎn)足間信息傳遞的基本要求。 　　例如：主體A發(fā)送一個(gè)動(dòng)作表達(dá)式到主體B： 　　 　　4.2 通信服務(wù)器 　　在KQML中，不是所有的對(duì)話(huà)都是一種簡(jiǎn)單的問(wèn)題/回答處理模型。每個(gè)主體可以使用ask（x）登錄它的知識(shí)到通信服務(wù)器。一個(gè)主體使用代理言語(yǔ)行為尋找其它主體提供它所需要的信息。通信服務(wù)器接收到查詢(xún)就尋找具有適當(dāng)知識(shí)的主體。 [align=center] 圖3 通信服務(wù)器[/align] 　　SMGS系統(tǒng)中各進(jìn)行協(xié)調(diào)時(shí)，各Agent對(duì)活動(dòng)進(jìn)行審查，若發(fā)現(xiàn)某個(gè)Agent活動(dòng)在自身當(dāng)前條件下不能滿(mǎn)足，則向相關(guān)Agent發(fā)出協(xié)調(diào)請(qǐng)求，參與協(xié)調(diào)的Agent可以通過(guò)黑板方式或其他方式進(jìn)行協(xié)商。 5 結(jié)束語(yǔ) 　　本文提出了一種新的傳感器管理方法，即基于多Agent技術(shù)的管理方法。通過(guò)上述方式構(gòu)造的傳感器管理系統(tǒng)利用了Agent基于知識(shí)表示及協(xié)調(diào)求解能力，具有實(shí)施簡(jiǎn)單、系統(tǒng)運(yùn)行高效、所需環(huán)境要求低等特點(diǎn)。充分發(fā)揮了傳感器自身的決策能力，減少?zèng)Q策過(guò)程對(duì)融合中心的依賴(lài)，提高了整個(gè)傳感器監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)的生存能力。下一步還應(yīng)針對(duì)不同的需求進(jìn)行廣泛的仿真實(shí)驗(yàn)以分析各種管理策略的性能，并對(duì)規(guī)則庫(kù)進(jìn)行修改和調(diào)整，在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)不同情況區(qū)別對(duì)待，充分利用系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)運(yùn)作效率。 參考文獻(xiàn) 　　[1] 周金陵，孫艷。基于多Agent技術(shù)的分布式測(cè)控系統(tǒng)研究.微計(jì)算機(jī)信息，2003，19（9）：15-16. 　　[2] 林月芳，吉海彥?；诙鄠鞲衅餍畔⑷诤霞夹g(shù)的防盜報(bào)警系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息，2003，19（10）:58-59. 　　[3] Svensson P. Information fusion in the future. Journal of Military Technology,2002,69（3）: 2-8. 　　[4] Durrant Whyte H.A Beginner’s Guide to Decentralized Data Fusion. University of Sydney, Australia. Technical Document of Australian Centre for Field Robotics, 2000. 　　[5] 田康生，朱光喜，徐毓.基于多代理技術(shù)的傳感器管理系統(tǒng)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2004，26（2）:9-13. 　　[6] 楊秀珍，等.多傳感器系統(tǒng)量化管理研究[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2001，23（10）:69-72. 　　[7] 楊秀珍，等.多傳感器管理系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J].傳感器技術(shù)，2004，23（1）:5-8. 　　[8] 鄭洪源，李海燕. 基于多Agent協(xié)調(diào)的供應(yīng)鏈管理系統(tǒng)[J].吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2005，23（2）:172-178. 　　[9] 史忠植.智能主體及其應(yīng)用[M].北京：科學(xué)出版社，2000. 　　[10]范玉順，曹軍威，等.多代理系統(tǒng)理論、方法與應(yīng)用.北京：清華大學(xué)出版社，2002.