面向Agent的装备作战仿真应用系统设计＊

王义冬 石伟峰 何洪雨 张伟峰

（1.中国人民解放军91872部队 北京 102442）（2.海军驻北京地区航空导弹系统军事代表室 北京 100854）（3.中国人民解放军91115部队 舟山 316041）

1 运行环境分析

HLA规范已经成为当前装备作战仿真主流的运行框架。采用HLA规范有两方面的优点：1）HLA规范是当前最为成熟、获得应用最为广泛的一种分布式仿真标准，按照此标准构建系统能够方便地与其他仿真系统实现互联；2）能够充分利用现有的软件资源（如RTI）来实现开发环境的底层支撑服务［1～3］。本文所研究的基于多Agent的装备仿真系统是以HLA框架作为支撑环境。基于HLA规范的典型仿真系统的集成结构如图1所示。

图1 基于HLA的仿真系统集成示意图

它包括全局执行进程RtiExec、联邦执行进程FedExec和LibRTI构成，其中RtiExec负责联邦运行的创建和结束；FedExec管理联邦仿真过程，包括成员的加入、退出以及成员间的数据交换和协调运行；而LibRTI实现了HLA接口规范中定义的服务，成员通过LibRTI库调用RTI的各个服务。成员内部的模型实现方式则由仿真应用开发人员确定，它可以包含Agent模型，也可以包含非Agent模型。也就是说，HLA规范关心的是成员层次的互联互操作，它将仿真应用模型与仿真支撑功能相解耦，将公共的仿真支撑功能分离出来，建立了一套标准的仿真管理和数据交换服务，为系统的互操作性、可重用性和可扩展性提供了仿真层次上的保证［4～5］。由此为基础，应用开发人员就只需关心模型构建方面的工作，从而大大节省了设计和开发的难度和工作量。

2 系统总体结构

面向Agent的装备作战仿真系统解决方案包括两个部分：开发阶段和运行阶段，总体结构如图2所示。

在开发阶段，为了提高仿真应用系统的开发效率，本文借鉴BOM（Base Object Model）相关理论，采用组件化的开发与系统集成思想。开发阶段主要包括组件开发，作战A－gent组件的装配以及系统的装配。仿真组件是仿真模型的软件实现，组件开发以仿真建模为基础，包括接口组件和封装组件的开发。接口组件开发以Agent之间的交互模型为基础，描述FOM或SOM的互操作模式，在系统运行时，通过RTI的数据分发功能，实现Agent之间的数据交互。封装组件的开发以仿真建模阶段提供的相关功能模型文档（包括感知函数、作战规约、作战规划、动作执行函数等模型说明文档）为基础，通过计算机语言编程为Agent组件的组装提供软件模型［6］。作战Agent装配以作战Agent类库为基础，对接口组件和封装组件进行组装，并封装成作战A－gent组件，使得作战Agent组件成为功能相对独立的软件模块。系统装配以仿真建模生成的成员代码框架为基础，根据系统部署图，以作战Agent组件为输入，对联邦成员进行组装。

图2 总体结构图

在运行阶段，以HLA框架为仿真支撑基础，重点是面向作战Agent的联邦成员。面向作战Agent的联邦成员包括两组容器：本地对象容器和远程对象容器。本地对象容器包括本地的作战Agent实体以及非Agent实体，这些实体决定了联邦成员所仿真的内容，在实际仿真运行时以组件调用的形式实现。在联邦成员中对作战Agent的部署通过组装的形式实现，系统装配通过该成员的作战Agent系统模型，从组件库提取相应的组件进行组装，形成多个作战Agent实例，并部署到本地对象容器。需要说明的是，对于非Agent实体，仍然采取联邦对象类实例实现，具体可参考标准的联邦开发过程［1～3］，不是研究的范畴。对于远程对象容器，主要存储其它联邦成员的实体在本联邦成员中的映射，包括映射作战Agent实体和映射非Agent实体，为了减轻网络负载，远程对象容器并不是存储其他联邦成员所有的远程实体，而只存储本联邦成员“感兴趣”的相关实体。RTI是HLA体系结构中接口规范的软件实现，为仿真运行提供必要的服务，同时也成为智能Agent通信的基础：对象管理服务能够支持智能Agent动态的加入或退出联邦，保证智能Agent仿真环境的可扩展性；声明管理服务能够灵活的确定智能Agent之间的消息传递关系；时间管理服务维护整个联邦范围内时间的一致性，保证多个智能A－gent行为时序逻辑的正确性；数据分发管理服务使智能A－gent之间能够高效地接收和发送事件和信息［7～8］。但是，在HLA仿真系统中，能够从环境中获取的数据（包括交互和属性）都要在联邦对象模型（FOM）中进行预先定义。与普通仿真对象不同，智能Agent是具有自主性和智能性的实体，因此，这种通过相对固定的FOM进行的交互难以保证智能 Agent通信的灵活性和开放性［10］。为了利用HLA／RTI在仿真建模和运行方面的优势，同时确保能够支持规范和开放的智能Agent通信，在文献［11］的基础上，通过更灵活的方式将智能Agent的通信机制和HLA仿真系统的模型交互方式进行了有效结合。

3 结语

综上所述，该系统设计中必须解决以下两个关键问题：

1）如何实现KQML－RTI控制器，通过 HLA／RTI与KQML的集成，实现智能Agent之间的通信和合作；

2）作战Agent组件的实现及其组装以及仿真系统的装配等。

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

［2］张家祥.HLA仿真技术应用教程［M］.北京：国防工业出版社，2007：35－36.

［3］Kuhl F，Weatherly R，Dahmann J.著.付正军，王永红译.计算机仿真中的HLA技术［M］.北京：国防工业出版社，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］尹全军，杜湘瑜，等.基于HLA的智能Agent仿真环境研究［J］.系统仿真学报，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］宋辉，周晶，邹文萌.基于HLA的水面舰艇作战仿真系统研究［J］.计算机与数字工程，2011（9）.

［10］王汉功，甘茂治，陈学楚，等.装备全系统全寿命管理［M］.北京：国防工业出版社，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.