基于Multi-Agent战场态势标绘系统的设计

基金项目：陆军武器装备作战需求论证通过平台研究（BZ -2002-0054）
收稿日期：2003-12-02
第21卷 第8期
计 算 机 仿 真
2004年8月
文章编号：1006-9348（2004）08-0001-04
基于Multi -Agent 战场态势标绘系统的设计
苟桂甲，陈永科，贾现录
（解放军炮兵学院军事运筹教研室，安徽合肥230031）
摘要：由于仿真系统和作战指挥系统的网络化，网络化的战场态势标绘系统成为发展趋势。

态势标绘系统采用多主体技术的群体协同工作方式，运用主体技术的分布性、协作性和智能性解决态势分布标绘的协同问题。

该文首先分析了基于多主体技术的态势标绘系统必要性和新的特性，其次研究了系统的模板Agent 内部结构和工作原理，再次，研究了基于多主体技术的态势标绘系统物理构成和系统运行逻辑，最后分析了原型系统在武器装备作战需求论证项目中的应用情况。

该系统对于解决类似的分布式作业及协同问题有较好的参考价值。

关键词：态势标绘；多主体技术；模板；计算机支持协同工作中图分类号：
TP391.9 文献标识码：A Design of Battlefield Situation Sign System Based on Multi -Agent
GOU Gui -jia ，CHEN Yong -ke ，JIA Xian -iu
（Operation Research Staff ，Artiiiery Academy of PLA ，Hefei Anhui China 230031）
ABSTRACT ：With the distribution of simuiation systems and battie operation systems ，the System of Piotting Situa-tion of Battie Fieid based on distributed operation becomes a main deveioping trend.The system adopts CSCW idea of Muiti -Agent and the Agent characteristics marked by distribution ，cooperation and inteiiigence which can soive some cooperation probiems .Firstiy ，the paper anaiyses the necessary and new characteristics of the System of Piotting Situ-ation of Battie Fieid.Secondiy ，it anaiyses the inner structure and working principie of the Agent tempiate in this sys-tem.Thirdiy ，it anaiyses the physicai structure and running mode of the System of Piotting Situation of Battie Fieid.Finaiiy ，the appiication in the project of Armament Eguipment Argumentation is successfuiiy assayed.The reference vaiue iies in soiving the cooperation probiems of the same kind of distributed task.KEYWORDS ：Piotting situation of battie fieid ；Muiti -Agent ；Tempiate ；CSCW
引言
态势标绘系统可服务于辅助决策系统和指挥系统等方面，为决策方（者）提供必要的基础数据信息和相关态势信息。

目前，我军已开发的作战标绘系统较多，且各成体系，但功能上大都是基于单机标绘，不能较好地适用于作战仿真和作战指挥决策的网络化发展的需要。

在分布式作业环境下，大量的地理信息数据和对抗双方的属性、交互数据都要在态势标绘系统中体现，各种实时数据的传输与处理也需要有更多的资源支持。

作战态势标绘系统有必要考虑计算机支持协同工作（CSCW ）方式，即采用Muiti -Agent 的群体协同工作方式。

2 Multi -Agent 态势标绘系统的特性
当态势标绘系统单独在本地客户机器上作业时，它带来的资源耗资问题并不严重，但当作为辅助决策系统的一个子系统存在于客户机器上，并且同一时间运行多种程序时，消耗资源问题就比较突出。

分布Agent 运行机制可解决耗时耗资源问题，减少客户机器负载，因而采用Muiti -Agent 技术来解决态势标绘整个分布系统的负载平衡问题；态势标绘中许多功能的实现需要海量的地图信息，把功能实现和计算移动到地图信息数据所在Agent 机器上实现并返回结果，这是减少网络流量和网络冗余的有效途径；在态势标绘系统中，协同工作的重点是如何有效地组织参与标绘任务的各单位间通信与协同，可采用Agent 技术实现态势标绘的CSCW 分布协同工作。

基于以上考虑，需要引入具有自治性、交互性、协同性和社会性的Agent 技术，形成Muiti -Agent 的态势标绘系统，它将具有以下新的特性：
图1 模板Agent 内部结构
l ）无平台性：构建态势信息服务器，开发态势标绘组件，客户端可以使用任何标准的Web 浏览器或者独立的客户端软件进行态势标绘、态势查询、态势评估等。

2）分布性：态势标绘可主动提供有能力标绘某作战想定的那些用户，以供用户来选择发送标绘任务，请求远程标绘。

可有效地组织分布在不同地点的客户来分组完成同一项复杂的标绘工作，按特定的作业约定对标绘作业进行分解与合成。

3）协同性：适用于需要多方讨论共同协作完成的标绘任务，即协同标绘。

4）智能性：在态势标绘中，如果已存在某个作战想定的态势标绘或历史的作战想定态势，可在已有标绘态势结果的知识推理下，给出用户最需要的态势标绘图，即智能标绘，等等。

基于多Agent 的态势标绘系统还是具有处理战场地理空间信息能力的自主计算的分布式计算系统，它放松了对集中式、规划、顺序控制的限制，提供了分散控制、应急和并行处理，并且降低软件或硬件的费用，提供更快速的问题求解和功能增加与实现。

基于Muiti -Agent 的态势标绘系统应用于仿真系统，特别是分布式仿真系统时，在功能和通讯上与RTI 的技术可互补相容。

互补的方面在于Agent 突出了内部的规划、推理等智能行为，可以弥补RTI 联邦成员的一些行为的不足，相容的方面在于通讯底层的实现手段类似，可以较容易的实现A-gent 与邦员的通讯接口，系统可扩展性增强。

3 态势标绘系统中模板Agent 的分析
Muiti -Agent 态势标绘系统中的模板Agent 内部结构如图l 所示。

智能的Agent 内部结构是态势标绘系统中每个终端Agent 组件的共同部分，它对于实现协作标绘作业式是非常
必要的，并且包括了5种不同工作Agent 的模板结构［6］、［7］。

3.1 模板Agent 内部结构
模板Agent 分为3个逻辑空间，
Agent 的实现采用组件形式，且以多进程方式运行，每个Agent 都由多个组件组成的。

逻辑空间的最下层为Agent 数据库，即知识数据层。

该层包括Agent 自身的描述，Agent 对外部世界状态的描述，Agent 对其他Agent 状态的描述等。

每个Agent 自身的描述的抽象结构包括：Agent 的名字、地址、能力（存在于中间层的各种功能模块）、Agent 的状态（例如当前处于规划中，推理中，通讯
中等）和功能模块的当前装态等。

［l ］
逻辑空间的中间层是Agent 内部核心区，即功能活动层。

由动作执行模块管辖各个模块的运行，各个模块通过共享的内存空间或者共享的数据库记录空间进行交互、协同和执行。

无论是信息空间还是各功能模块都采用统一标准指定的通讯方式和格式。

系统模块的实现以模块模板基类（CbaseModuie ）为基础，各种模块如决策模块、规划模块和协同协作模块等都是从模板基类中继承而来。

功能活动层的左侧信息空间是逻辑表现，其实现方式分成两种：一种是在内存空间中实现（如消息池、任务集、状态队列和动作队列等），另一种是在数据库的表中实现。

逻辑空间的最上层是负责感知外界信息，即社会交互层，完成与他人或其他Agent
交互。

符号表示系统
数据总线，数据传输在本地上表现为消息的传递和数据以文件或数据库形式传递，当数据在异地上传输时，数据总线就是以太网络。

态势标绘系统是基于Intranet （校园网），随着消息和数据库的安全性提高，可扩展到Extranet （军训网，教育网等）。

社会交互层集中了单机的态势标绘系统核心部分，与用户交流的Framework 。

3.2 模板Agent 工作原理
每个Agent 在支持标绘作业时，不间断的接收消息。

消息被通讯管理器格式化后首先存放在消息池中，消息池是在内存中申请的空间。

格式化后的消息就是Agent 的通讯语
言，有些Agent 体系中把负责消息传递的模块称作黑板，解释器与黑板的工作是相似的，但解释器同时还负责相应的反向功能，即语言组成标准PDU 单元的工作，解释器把消息池中的消息逐条处理，然后向调度模块、决策模块和规划模块等模块发送处理指令。

作为消息处理有很多细节策略，这里不做详细介绍。

内部模块与本Agent 外的协作、指令等信息都是经过解释器来传递的。

模块之间的通讯是线程通讯，A-gent 之间是进程通讯（本地进程与远程进程两种），在Agent 组件开发中我们把进程与线程区分开相对独立地开发，多进程共享部分作为一个独立的组件，多线程通讯作为独立组件，逻辑关系如
图2所示。

图3 多Agent
的态势标绘系统物理结构图
图4 多Agent 的态势标绘系统运行逻辑关系
图2 多Agent 的组件空间逻辑关系图
图2中黑色实体为物理内存空间，在系统的内存中都是独立存在，其通讯实现是通过这些内存空间以合法方式访问。

系统开发中采用了CORBA 规范中关键技术：接口定义语言IDL ，用于Agent 内部对象之间的通讯，通讯语
言用KOML 语言来描述。

由于CORBA 理论的完善性和技术的通用性，目前成为研究基于分布对象计算的理想平台，并为开发Muiti -Agent System 提供了一种简便可行的方法，尤
其在IDL 可以很好的解决语言不同造成的通信细节
［8］［9］。

4 基于Agent 的态势标绘系统的构成
Muiti -Agent 的态势标绘系统是基于第三节描述的模板Agent 基础上，建立了军标管理Agent 、态势总调Agent 、标绘管理Agent 、标绘作业Agent 、专用功能Agent 和地理信息管理Agent 的总体运行结构，其物理结构如图3所示。

通过各成员间的消息传递、信息交换，模块间互相激活和相互作用，Agent 间不是简单的多层次结构，而且构成了一个以网络通讯与数据驱动的复合式网状结构，如图4所示。

所有指令和信息流（除数据库采用ODBC ）都采用KOML 语言通讯，
表示数据总线、对象总线、控制总线。

A-gent 对象之间和Agent 与总线间的与
是同
样的总线，黑色端点仅表示关系。

4.1 Agent 系统组成
系统包括分别Faciiitator 、
通用Agent 、专用Agent 和态势服务数据库。

通用Agent 带有KOML 语言的解释器，可完成
由KOML 语言描述的任务。

专用Agent 是对通用Agent 的扩充，除了通用Agent 的基本功能外，还实现特殊的态势功能，如态势数据搜索等。

Faciiitator 用来管理Agent 类的注册、搜索和实例创建，负责维护一个“A-gent 注册表”，用于登记、管理和调度
目前系统中存在的各种Agent ［8］。

在图4中，所有指令和信息流（除数据库采用ODBC ）都采用KOML 语言通讯，KOML 语言用来向Agent 描述任务和向请求方解释执行结果。

在Agent 态势标绘系统中，每个活动
的Agent 实际上是Agent 类的一个实例，利用自身的KOML 语言解释器接收并执行用于描述请求和结果的脚本语言。

完成Agent 之间的通信和协
作
［2］。

4.2 Facilitator 说明
Faciiitator 负责维护一个“Agent 注册表”，这个“Agent 注册表”，有些类似于Windows 中的系统注册表，用来注册本机上所有可用的Agent 类以及远程机上有权访问的Faciiitator 。

Faciiitator 对本地“Agent 注册表”的维护工作包括：
l ）为本在机器上Agent 的注册提供注册函数和注销函数，相应修改注册表内容；
2）为远程机器上Faciiitator 的注册提供注册函数和注销函数；
3）Faciiitator 提供相应的接口函
数处理各Agent查找其他Agent类并创建其实例的请求。

当某Agent运行需要其他的Agent帮助完成某项任务时，该Agent可向Faciiitator发出请求，由Faciiitator负责查找合适的Agent类，根据情况创建该Agent类的一个运行实例或找到一个可重用的运行实例，并返回该Agent。

4.3 通用Agent、专用Agent说明
态势标绘通用Agent即态势作业Agent，用来与用户交互、完成标绘任务的，表现为具有一定智能的Agent，负责接受用户的标绘动作，标绘中各种请求和协调，对任务进行分解、指派，并利用Agent间的统一通信机制指定不同任务级别的标绘作业对象。

标绘作业对象使用通用Agent完成本级别标绘作业，依据标绘级别可以指派标绘和委托标绘。

同一级别标绘作业中不同任务可以由通用Agent协调完成上级提出的标绘任务。

态势标绘专用Agent对态势标绘系统中的各种态势信息、历史信息、地理信息和态势信息等进行查询、管理与数据分析功能封装，具有响应外界请求、完成不同级别任务区分中标绘作业者（人员）的分析或请求功能，并利用Agent间的统一通信机制返回查询结果的能力。

4.4 态势服务数据库
如图3系统物理结构图所示，态势数据是整个系统的运行的基础，由它支撑的态势标绘系统时刻都要与其交互，在系统开发中还需要建立临时表以满足计算和大型数据的保护能力。

5 结束语
根据Muiti-Agent技术设计的基于Agent的态势标绘系统，作为武器装备支持论证任务的一个子系统，其原型系统在课题组承担的论证项目中得到了初步的应用，取得了较好的使用效果。

原型开发采用MFC编程语言，采用关健技术有：共享内存技术、CORBA的IDL的中间语言、远程进程通讯、CasyncSocket的通讯、与论证系统中模型agent的通讯。

目前Mobiie Agent与Muiti-Agent的技术发展趋势非常看好，一方面随着Internet/WWW的发展对目前Ciient/Server
模式的多Agent体系提出挑战，另一方面HLA逐步被军事领域用于仿真与训练，因此，还有必要改进Agent的通讯语言部分，解释接口与RTI的邦员通讯、协同，以满足大型仿真任务中的复杂态势标绘任务的需要。

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［作者简介］
苟桂甲（1979.10-），男（汉族），河北省沧州市人，
硕士研究生，主要军事决策支持与智能决策技术
研究。

陈永科（1972.11-），男（汉族），河北省沙河市人，
讲师，长期从事作战模拟与仿真领域研究。

贾现录（1972.11-），男（汉族），河北省沙河市人，讲师，主要从事军事决策支持系统和武器装备论证领域研究。

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［11］［美］R L米切尔.雷达系统模拟［M］.北京：科学出版社，
1982.
［作者简介］
欧阳文（1974.4-），男（汉族），江西吉安人，博士
研究生，研究方向为雷达系统仿真、目标检测、雷达
信号处理。

何友（1956.9-），男（汉族），吉林磐石人，付院长，
教授，博导，研究方向为雷达信号处理，信息融合。

夏明革（1967.7-），男（汉族），江西安图人，博士研究生，研究方向为雷达信号处理、图像融合。