面向Agent的裝備作戰仿真應用系統設計＊

王義冬 石偉峰 何洪雨 張偉峰

（1.中國人民解放軍91872部隊 北京 102442）（2.海軍駐北京地區航空導彈系統軍事代表室 北京 100854）（3.中國人民解放軍91115部隊 舟山 316041）

1 運行環境分析

HLA規范已經成為當前裝備作戰仿真主流的運行框架。采用HLA規范有兩方面的優點：1）HLA規范是當前最為成熟、獲得應用最為廣泛的一種分布式仿真標準，按照此標準構建系統能夠方便地與其他仿真系統實現互聯；2）能夠充分利用現有的軟件資源（如RTI）來實現開發環境的底層支撐服務［1～3］。本文所研究的基于多Agent的裝備仿真系統是以HLA框架作為支撐環境?；贖LA規范的典型仿真系統的集成結構如圖1所示。

圖1 基于HLA的仿真系統集成示意圖

它包括全局執行進程RtiExec、聯邦執行進程FedExec和LibRTI構成，其中RtiExec負責聯邦運行的創建和結束；FedExec管理聯邦仿真過程，包括成員的加入、退出以及成員間的數據交換和協調運行；而LibRTI實現了HLA接口規范中定義的服務，成員通過LibRTI庫調用RTI的各個服務。成員內部的模型實現方式則由仿真應用開發人員確定，它可以包含Agent模型，也可以包含非Agent模型。也就是說，HLA規范關心的是成員層次的互聯互操作，它將仿真應用模型與仿真支撐功能相解耦，將公共的仿真支撐功能分離出來，建立了一套標準的仿真管理和數據交換服務，為系統的互操作性、可重用性和可擴展性提供了仿真層次上的保證［4～5］。由此為基礎，應用開發人員就只需關心模型構建方面的工作，從而大大節省了設計和開發的難度和工作量。

2 系統總體結構

面向Agent的裝備作戰仿真系統解決方案包括兩個部分：開發階段和運行階段，總體結構如圖2所示。

在開發階段，為了提高仿真應用系統的開發效率，本文借鑒BOM（Base Object Model）相關理論，采用組件化的開發與系統集成思想。開發階段主要包括組件開發，作戰A－gent組件的裝配以及系統的裝配。仿真組件是仿真模型的軟件實現，組件開發以仿真建模為基礎，包括接口組件和封裝組件的開發。接口組件開發以Agent之間的交互模型為基礎，描述FOM或SOM的互操作模式，在系統運行時，通過RTI的數據分發功能，實現Agent之間的數據交互。封裝組件的開發以仿真建模階段提供的相關功能模型文檔（包括感知函數、作戰規約、作戰規劃、動作執行函數等模型說明文檔）為基礎，通過計算機語言編程為Agent組件的組裝提供軟件模型［6］。作戰Agent裝配以作戰Agent類庫為基礎，對接口組件和封裝組件進行組裝，并封裝成作戰A－gent組件，使得作戰Agent組件成為功能相對獨立的軟件模塊。系統裝配以仿真建模生成的成員代碼框架為基礎，根據系統部署圖，以作戰Agent組件為輸入，對聯邦成員進行組裝。

圖2 總體結構圖

在運行階段，以HLA框架為仿真支撐基礎，重點是面向作戰Agent的聯邦成員。面向作戰Agent的聯邦成員包括兩組容器：本地對象容器和遠程對象容器。本地對象容器包括本地的作戰Agent實體以及非Agent實體，這些實體決定了聯邦成員所仿真的內容，在實際仿真運行時以組件調用的形式實現。在聯邦成員中對作戰Agent的部署通過組裝的形式實現，系統裝配通過該成員的作戰Agent系統模型，從組件庫提取相應的組件進行組裝，形成多個作戰Agent實例，并部署到本地對象容器。需要說明的是，對于非Agent實體，仍然采取聯邦對象類實例實現，具體可參考標準的聯邦開發過程［1～3］，不是研究的范疇。對于遠程對象容器，主要存儲其它聯邦成員的實體在本聯邦成員中的映射，包括映射作戰Agent實體和映射非Agent實體，為了減輕網絡負載，遠程對象容器并不是存儲其他聯邦成員所有的遠程實體，而只存儲本聯邦成員“感興趣”的相關實體。RTI是HLA體系結構中接口規范的軟件實現，為仿真運行提供必要的服務，同時也成為智能Agent通信的基礎：對象管理服務能夠支持智能Agent動態的加入或退出聯邦，保證智能Agent仿真環境的可擴展性；聲明管理服務能夠靈活的確定智能Agent之間的消息傳遞關系；時間管理服務維護整個聯邦范圍內時間的一致性，保證多個智能A－gent行為時序邏輯的正確性；數據分發管理服務使智能A－gent之間能夠高效地接收和發送事件和信息［7～8］。但是，在HLA仿真系統中，能夠從環境中獲取的數據（包括交互和屬性）都要在聯邦對象模型（FOM）中進行預先定義。與普通仿真對象不同，智能Agent是具有自主性和智能性的實體，因此，這種通過相對固定的FOM進行的交互難以保證智能 Agent通信的靈活性和開放性［10］。為了利用HLA／RTI在仿真建模和運行方面的優勢，同時確保能夠支持規范和開放的智能Agent通信，在文獻［11］的基礎上，通過更靈活的方式將智能Agent的通信機制和HLA仿真系統的模型交互方式進行了有效結合。

3 結語

綜上所述，該系統設計中必須解決以下兩個關鍵問題：

1）如何實現KQML－RTI控制器，通過 HLA／RTI與KQML的集成，實現智能Agent之間的通信和合作；

2）作戰Agent組件的實現及其組裝以及仿真系統的裝配等。

［1］Frederick Kuhl et al.Creating Computer Simulation Systems：An Introduction to the High Level Architecture［M］.Prentice Hall，1999：163－164.

［2］張家祥.HLA仿真技術應用教程［M］.北京：國防工業出版社，2007：35－36.

［3］Kuhl F，Weatherly R，Dahmann J.著.付正軍，王永紅譯.計算機仿真中的HLA技術［M］.北京：國防工業出版社，2004：120－124.

［4］Cicirelli F，Furfaro A，Giordano A，et al.An Agent Infrastructure for Distributed Simulations over HLA and a Case Study U－sing Unmanned Aerial Vehicles［J］.Simulation Symposium，2007（12）：231－238.

［5］Taghaddos H，AbouRizk S M，Mohamed Y，et al.Distributed Agent－based simulation of construction projects with HLA［C］／／Simulation Conference，2008：2413－2420.

［6］Zhang Yongming，Zhao Jinchao，Qu Haoyan，et al.Research of the Simulation System of Ship Repair Based on Multi－Agent and HLA［C］／／Intelligent Systems and Applications （ISA）2010，and International Workshop on Digital Object Identifier，2010：1－4.

［7］尹全軍，杜湘瑜，等.基于HLA的智能Agent仿真環境研究［J］.系統仿真學報，2005，12（4）：11－14.

［8］Zacharewicz G，Chen D，Vallespir B.Short－Lived Ontology Approach for Agent／HLA FederatedEnterprise Interoperability［C］／／Interoperability for Enterprise Software and Applications China，2009：329－335.

［9］宋輝，周晶，鄒文萌.基于HLA的水面艦艇作戰仿真系統研究［J］.計算機與數字工程，2011（9）.

［10］王漢功，甘茂治，陳學楚，等.裝備全系統全壽命管理［M］.北京：國防工業出版社，2003：149.

［11］Moradi F，Ayani R.An Agent－Based Environment for Simulation Model Composition［C］／／Principles of Advanced and Distributed Simulation，2008.PADS＇08.and Workshop on Digital Object Identifier：10.1109／PADS.2008.18，Publication Year：2008：175－184.