● 摘要
计算机仿真技术是以计算机为工具,以建模理论、计算方法、评估理论为基础,以网络技术、多媒体技术、软件工程、自动控制等相关技术为支撑,用系统的模型对真实或设想的系统进行实验的一门综合性技术。
基于Agent的建模与仿真(Agent-based Modeling and Simulation, ABMS)是研究复杂系统的一个有效途径。相比于自上而下建立数学模型的传统仿真方法而言,ABMS自底向上对系统的描述和建模具有更强的直观性和灵活性。
多智能体系统(Multi-Agent System, MAS)通过多个Agent之间的交互和协作来进行系统仿真的研究。对于作战后勤仿真而言,如何进行作战后勤Agent的结构设计和多个Agent之间的协同,并没有统一的解决方案,这也成为了基于MAS的作战后勤仿真的重点和难点问题。
本文的主要工作和取得的成果如下:
1.提出作战后勤Agent总体结构设计,分成业务层、基础层和功能层三个层次。业务层提出了一种通用的作战后勤实体描述方法,包括角色模板和协议模板,用来对被模拟系统中的实体进行形式化的文本描述,为实体的编程实现奠定基础。基础层使用黑板系统完成数据在计算机中的共享和传输,使用逻辑数据模型框架完成实体属性在计算机中的存取,使用有限状态自动机完成实体行为在计算机中的建立。功能层包含对象管理和时间管理模块。对象管理基于黑板系统和逻辑数据模型框架,实现了对象状态监视和对象过滤机制,使用发布订阅模式进行对象的传送和接收。时间管理基于有限状态自动机,当Agent维护自身状态机的状态时会消耗仿真时间,通过比较逻辑时间与期望时间决定Agent是否进行仿真计算和状态更新。
2.提出并实现多Agent高性能协同算法。通过集中型控制协同算法进行时钟同步,使用一个总控Agent对所有仿真Agent进行时间推进。由于Agent的时间推进步长不一致,在任意一个仿真时刻,把Agent分成计算型和非计算型,避免非计算型Agent参与时间同步。使用分层同步算法,把通信频繁的多个Agent作为一个同步单元,使用合理的树形结构组织所有Agent,以适应多Agent的区域聚集性,利于多Agent的分布式部署。设计实现了可靠的消息传递模块,通过若干基本功能单元的组合保证多Agent之间的消息传递有序、高效而且可靠。
3.基于MAS实现一体化作战后勤仿真引擎,提供了逻辑数据模型代码生成工具,设计支撑仿真引擎运行的系统框架和仿真引擎的主要模块,并且使用引擎构建了一个大型想定并且成功运行。在实际使用过程中验证了引擎既保证仿真实验数据的可靠性和真实性,又具有良好的人机交互界面,在整个实验仿真过程中表现出色,得到了相关单位的肯定。
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