專利名稱：一種面向應(yīng)急的多飛艇對地觀測任務(wù)協(xié)同分配方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多飛艇對地觀測任務(wù)協(xié)同分配方法，尤指在應(yīng)急條件下通過基于多Agent雙向招標(biāo)的改進(jìn)合同網(wǎng)機(jī)制進(jìn)行飛艇任務(wù)協(xié)同分配的方法。
背景技術(shù)：
近年來飛艇技術(shù)不斷成熟，飛艇應(yīng)用于對地觀測系統(tǒng)填補(bǔ)衛(wèi)星和無人機(jī)之間的空缺，正成為世界各國迫切研究的新課題。飛艇是一種依靠浮力升空，可操縱機(jī)動(dòng)的空間飛行器。與無人機(jī)相比，飛艇續(xù)航時(shí)間更長，可長時(shí)間定點(diǎn)觀測；與衛(wèi)星相比，飛艇控制更加靈活，制造和運(yùn)行消耗較低，對觀測目標(biāo)不存在時(shí)間窗口限制。因此飛艇在整個(gè)立體對地觀測系統(tǒng)中，有著不可替代的地位和作用。尤其是在應(yīng)急條件下，觀測任務(wù)具有突發(fā)性、聚集性、時(shí)效性和動(dòng)態(tài)性等特征，更加凸顯飛艇區(qū)域覆蓋、快速響應(yīng)和持續(xù)保障的優(yōu)勢。應(yīng)急條件下多飛艇協(xié)同任務(wù)分配是一個(gè)極具前景的研究課題，對提高飛艇工作效能有著至關(guān)重要的作 用。由于應(yīng)急對地觀測任務(wù)往往在短時(shí)間內(nèi)大量到達(dá)，且具有很高的時(shí)效性要求，需要在給定時(shí)間內(nèi)完成，否則觀測結(jié)果將失效。因此，對于無法在截止期內(nèi)完成的任務(wù)不進(jìn)行分配。飛艇根據(jù)需求裝備成像載荷，載荷覆蓋范圍是一個(gè)錐形觀測區(qū)域，地面覆蓋半徑與飛行高度、載荷類型有關(guān)。多飛艇對地觀測示意圖如圖I所示。在圖I所示的多飛艇對地觀測示意圖中，實(shí)心小方格代表觀測目標(biāo)，不同飛艇的觀測區(qū)域覆蓋范圍有所不同，同時(shí)存在對某些觀測目標(biāo)的觀測范圍交叉。多飛艇對地觀測任務(wù)協(xié)同分配即如何將觀測任務(wù)分配到不同的飛艇上，最大化滿足用戶在載荷類型、時(shí)間及分辨率等方面的需求?！度斯ぶ悄芗捌鋺?yīng)用》(清華大學(xué)出版社，2003)—書中指出Agent具有自治性、反應(yīng)性、預(yù)動(dòng)性和社會(huì)性等特征。Agent是一種智能主體，即具有智能行為的某種個(gè)體或主體。多個(gè)Agent組成的系統(tǒng)具有協(xié)作性、并行性、健壯性、易擴(kuò)展性和分布性等特點(diǎn)。因此，可用Agent分別描述任務(wù)、資源及管理者進(jìn)行任務(wù)分配。目前多Agent研究領(lǐng)域的協(xié)同任務(wù)分配方法有基于對策論，基于熟人，基于合同網(wǎng)，基于聯(lián)合承諾等。在這幾種協(xié)作方案中，合同網(wǎng)在分布式多Agent系統(tǒng)的任務(wù)分配方法中具有很明顯的優(yōu)勢。合同網(wǎng)模型是Smith 和 Davis 于 1980 年在《The Contract Net Protocol HighLevel Communication and Control in a Distributed Problem Solver))一文中提出的，其基本思想是通過“招標(biāo)一投標(biāo)一中標(biāo)”過程進(jìn)行任務(wù)分配，用于解決資源、知識(shí)的沖突等問題，現(xiàn)已被廣泛地用于Agent的任務(wù)分配中。飛艇觀測任務(wù)集合可用T=IT1, T2,…，TJ表示，其中η為正整數(shù)。任意一個(gè)元任務(wù)Ti可表示為Ti= (Tai, Tdi, Tli, Pi), I彡i彡η，其中Tai為任務(wù)Ti的到達(dá)時(shí)間，Tdi為任務(wù)Ti需求的截止時(shí)間，Tli為任務(wù)Ti需求的持續(xù)執(zhí)行時(shí)間，Pi為任務(wù)Ti的權(quán)值收益，即優(yōu)先級(jí)，表示任務(wù)Ti的重要程度。飛艇資源集合可用S=以，S2，…，SJ表示，Si表示第i個(gè)飛艇，m為正整數(shù)。飛艇任務(wù)分配是飛艇管控系統(tǒng)的重要組成部分，在當(dāng)今應(yīng)急需求日益增加的環(huán)境下，如何有效分配飛艇任務(wù)，滿足用戶在應(yīng)急情況下的需求是亟待解決的關(guān)鍵問題，目前尚無采用基于多Agent雙向招標(biāo)的改進(jìn)合同網(wǎng)機(jī)制進(jìn)行飛艇任務(wù)協(xié)同分配方法的公開報(bào)告。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對應(yīng)急觀測任務(wù)高時(shí)效性要求，在滿足用戶時(shí)間要求前提下，提供一種面向應(yīng)急的協(xié)同任務(wù)分配方法，動(dòng)態(tài)進(jìn)行任務(wù)分配，盡可能地提高任務(wù)的調(diào)度成功率。本發(fā)明的基本思想是基于合同網(wǎng)模型和Agent，構(gòu)建雙向招標(biāo)的多Agent協(xié)同任務(wù)分配模型，以任務(wù)完成率和權(quán)值收益為主要目標(biāo)，兼顧資源負(fù)載平衡性，提供一種具有資源競爭輪盤和投標(biāo)資源緩沖池的動(dòng)態(tài)協(xié)同任務(wù)分配方法。本發(fā)明所指的任務(wù)是指元任務(wù)，即不可以拆分的固定點(diǎn)目標(biāo)觀測任務(wù)，每個(gè)任務(wù)只需一艘飛艇獨(dú)立完成；應(yīng)急條件下任務(wù)完成率和權(quán)值收益是考慮的主要目標(biāo)，尤其是在大量應(yīng)急任務(wù)動(dòng)態(tài)到達(dá)的情況下，盡量提高任務(wù)完成率和權(quán)值收益以滿足應(yīng)急需求。因此本發(fā)明以任務(wù)完成率和權(quán)值收益率作為任務(wù)分配優(yōu)化目標(biāo)。(I)任務(wù)完成率目標(biāo)使得的值，即被成功分配的任務(wù)數(shù)與所有任務(wù)數(shù)之比盡可能的大。
權(quán)利要求
1.一種面向應(yīng)急的多飛艇對地觀測任務(wù)協(xié)同分配方法，其特征在于包括以下步驟 第一步，任務(wù)動(dòng)態(tài)達(dá)到后，將新到任務(wù)和等待執(zhí)行任務(wù)按優(yōu)先級(jí)排序，構(gòu)建飛艇觀測任務(wù)集合T，設(shè)定待分配任務(wù)集合= 0 ,臨時(shí)分配任務(wù)集合7T = 0 ;T= IT1, T2,…，TJ，任務(wù)個(gè)數(shù)η為正整數(shù)，任意一個(gè)元任務(wù)Ti表示為Ti= (Tai, Tdi, Tli, Pi)，I彡i彡η，其中Tai為任務(wù)Ti的到達(dá)時(shí)間，Tdi為任務(wù)Ti需求的截止時(shí)間，Tli為任務(wù)Ti需求的持續(xù)執(zhí)行時(shí)間，Pi為任務(wù)Ti的優(yōu)先級(jí)，表示任務(wù)Ti的重要程度； 第二步，將滿足基本能力約束的任務(wù)加入到待分配任務(wù)集合AT中； .2.1，判斷T是否為空，如果為空，轉(zhuǎn)第三步；如果不為空，則執(zhí)行2. 2步； . 2. 2，按優(yōu)先級(jí)順序從T中取出任務(wù)Ti，將Ti與資源進(jìn)行匹配； . 2. 3，如果任務(wù)Ti與資源匹配成功，轉(zhuǎn)2. 4步；否則轉(zhuǎn)2. 5步； .2. 4，將任務(wù)Ti加入待分配任務(wù)集合AT中，之后將任務(wù)Ti從T中移除，轉(zhuǎn)2. I步； .2.5，將任務(wù)TiWT中移除，轉(zhuǎn)2. I步； 第三步，將待分配任務(wù)集合AT中滿足截止期要求的任務(wù)放入臨時(shí)任務(wù)集合TT中，方法是 .3.1，拷貝AT中的所有任務(wù)到空集合Temp中； .3. 2，判斷Temp是否為空，如果為空，轉(zhuǎn)第四步；如果不為空，則轉(zhuǎn)3. 3步； .3.3，按優(yōu)先級(jí)順序從Temp中取出任務(wù)Tp，I < ρ < η，計(jì)算任務(wù)Tp的最早可開始執(zhí)行時(shí)間Tbpj Tbi 二 max^Tap，Sej + Stpfl,p| 其中，Tap為任務(wù)Tp的到達(dá)時(shí)間，Sej為飛艇資源S」完成已安排任務(wù)時(shí)刻，％々為資源Sj在完成任務(wù)Tlri后到執(zhí)行任務(wù)Tp前需準(zhǔn)備的時(shí)間，*表示飛艇資源Sj的可用時(shí)間； .3.4，如果任務(wù)Tp滿足截止期，即Tbpj+Tlp ( Tdp, Tbpj為Tp的最早開始執(zhí)行時(shí)間，Tlp為Tp需求的持續(xù)執(zhí)行時(shí)間，Tdp為Tp的截止期，轉(zhuǎn)第3. 5步；如果Tbpj+Tlp>Tdp，將Tp從集合Temp中移除，轉(zhuǎn)3. 2步； .3.5，將任務(wù)Tp加入到臨時(shí)分配任務(wù)集合TT中，之后將Tp從集合Temp中移除，轉(zhuǎn)3. 2少； 第四步，如果TT不為空，轉(zhuǎn)第五步，如果TT為空，轉(zhuǎn)第十七步； 第五步，將TT中任一任務(wù)映射為一個(gè)任務(wù)Agent，即一個(gè)任務(wù)對應(yīng)一個(gè)任務(wù)Agent，Tk映射成的Agent表示為I彡k彡η,將資源集合S中的任一資源映射為一個(gè)資源Agent,即一個(gè)資源對應(yīng)一個(gè)資源Agent, S」映射成的Agent表示為句，I彡j彡m,任務(wù)Agent指任務(wù)所映射的智能主體，所述資源Agent是指資源所影射的智能主體； 第六步，將所有滿足；T/基本能力約束的#發(fā)送給管理者Agent AD_Agent,并將S；4放入資源競爭輪盤集合SA中，即P = {5；};所述管理者Agent是指協(xié)調(diào)任務(wù)Agent和資源Agent的智能主體； 第七步，AD_Agent對SA中發(fā)送任務(wù)Agentrt1的詳細(xì)招標(biāo)信息,包括任務(wù)到達(dá)時(shí)間Tak、持續(xù)時(shí)間Tlk、截止時(shí)間Tdk和優(yōu)先權(quán)Pk ；第八步，設(shè)定緩沖池容量C，
2.如權(quán)利要求I所述的一種面向應(yīng)急的多飛艇對地觀測任務(wù)協(xié)同分配方法，其特征在于根據(jù)Ti的基本能力約束將Ti與資源進(jìn)行匹配，所述基本能力約束包括載荷類型約束、分辨率約束和實(shí)時(shí)可用性約束； 任意時(shí)刻t資源S」對待分配任務(wù)Ti的基本能力根據(jù)公式(3)計(jì)算，
3.如權(quán)利要求I所述的一種面向應(yīng)急的多飛艇對地觀測任務(wù)協(xié)同分配方法，其特征在于所述θ=3。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種面向應(yīng)急的多飛艇對地觀測任務(wù)協(xié)同分配方法，目的是動(dòng)態(tài)進(jìn)行任務(wù)分配，盡可能地提高任務(wù)的調(diào)度成功率。技術(shù)方案是首先構(gòu)建待分配任務(wù)集AT，AT中的任務(wù)進(jìn)行正向招標(biāo)，篩選出所有滿足基本能力約束的資源；之后根據(jù)緩沖池容量，資源競爭輪盤集合中的資源計(jì)算正向標(biāo)值并投標(biāo)；采用Max策略對任務(wù)的投標(biāo)資源進(jìn)行選擇，確定每個(gè)任務(wù)的正向中標(biāo)資源，對其反向投標(biāo)；資源進(jìn)行反向招標(biāo)，每個(gè)投標(biāo)的任務(wù)計(jì)算反向標(biāo)值；采用輪盤賭策略對投標(biāo)任務(wù)進(jìn)行選擇，完成反向中標(biāo)，即得到任務(wù)分配結(jié)果。采用本發(fā)明一方面可減少不必要的計(jì)算時(shí)間和通信量，另一方面可提高任務(wù)的調(diào)度成功率。
文檔編號(hào)G06Q10/06GK102903028SQ201210370878
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月28日
發(fā)明者朱曉敏, 江建清, 邱滌珊, 祝江漢, 馬滿好 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)