一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，其包括多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程、多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明針對(duì)多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架要求實(shí)現(xiàn)與仿真模型的弱耦合的難題，提出的多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，規(guī)范了分析和設(shè)計(jì)流程與內(nèi)容，從軟件工程的角度提高了應(yīng)用需求的滿足程度，對(duì)多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架進(jìn)行了分析模型和設(shè)計(jì)模型的構(gòu)建，為系統(tǒng)開發(fā)提供了模型支撐。
【專利說明】
一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿真控制框架分析設(shè)計(jì)方法，具體涉及一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，屬于計(jì)算機(jī)作戰(zhàn)仿真技術(shù)領(lǐng)域。
【【背景技術(shù)】】
[0002]計(jì)算機(jī)作戰(zhàn)仿真已經(jīng)成為研究和解決軍事問題的重要方法和手段，隨著戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)從機(jī)械化向信息化轉(zhuǎn)變，作戰(zhàn)體系的復(fù)雜性進(jìn)一步增強(qiáng)，對(duì)作戰(zhàn)仿真提出了新的更高的要求。Agent是一種具有自主性、交互性、反應(yīng)性和主動(dòng)性等特征，在系統(tǒng)中持續(xù)自主發(fā)揮作用的計(jì)算實(shí)體，基于多Agent的作戰(zhàn)仿真方法，將作戰(zhàn)個(gè)體的主動(dòng)適應(yīng)性與作戰(zhàn)體系的宏觀涌現(xiàn)性相結(jié)合，是當(dāng)前復(fù)雜作戰(zhàn)系統(tǒng)仿真的重要而有效方法。
[0003]多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架是基于多Agent作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的重要組成部分，是多Agent作戰(zhàn)仿真模型運(yùn)行的基礎(chǔ)環(huán)境，涉及分布式Agent底層通信、多Agent時(shí)間推進(jìn)管理、Agent模型管理和人機(jī)交互界面等一系列核心仿真控制問題，仿真控制框架中的各個(gè)功能模塊，一般稱為白方Agent，由于需要自主地和Agent仿真模型產(chǎn)生信息交互，主動(dòng)性的對(duì)仿真模型和仿真用戶產(chǎn)生管理控制服務(wù)，因此，具有明顯的多Agent的軟件特征。建立一種與仿真模型弱耦合，跨平臺(tái)可重用的通用仿真控制框架，可以讓仿真開發(fā)人員將主要精力投入到作戰(zhàn)仿真Agent模型的開發(fā)上，提高仿真系統(tǒng)開發(fā)效率，并且通過反復(fù)迭代模型檢驗(yàn)的方法，提高模型可信性。圍繞通用仿真控制框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)難題，目前所展開的相關(guān)研究集中于針對(duì)特定的仿真目的需要，建立相應(yīng)的仿真控制框架方面，還沒有針對(duì)多Agent作戰(zhàn)仿真的實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行開發(fā)。
[0004]因此，為解決上述技術(shù)問題，確有必要提供一種創(chuàng)新的多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的所述缺陷。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，以規(guī)范分析和設(shè)計(jì)流程與內(nèi)容，提高應(yīng)用需求的滿足程度，降低控制框架與仿真模型的耦合程度，提高仿真系統(tǒng)開發(fā)效率。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，包括多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程、多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的設(shè)計(jì)方法，其中:
[0007]多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程:開發(fā)流程主要包括了分析和設(shè)計(jì)兩個(gè)基本階段，第一個(gè)階段包括了仿真用戶需求分析、獲取仿真控制框架的應(yīng)用目標(biāo)、建立仿真應(yīng)用用例和提煉仿真控制框架角色及其任務(wù)4個(gè)步驟;第二個(gè)階段包括了構(gòu)建仿真通用控制框架Agent類、構(gòu)建Agent類之間的交互會(huì)話、設(shè)計(jì)Agent內(nèi)部架構(gòu)和定義仿真控制框架的部署4個(gè)步驟。
[0008]多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析方法:包括使用文字描述建立仿真用戶需求分析、使用目標(biāo)層次圖獲取仿真控制框架的應(yīng)用目標(biāo)、使用用例圖和順序圖建立仿真應(yīng)用用例以及使用角色圖和有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)提煉仿真控制框架角色及其任務(wù)。
[0009]多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的設(shè)計(jì)方法:包括使用類圖構(gòu)建仿真通用控制框架Agent類模型、使用有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)構(gòu)建Agent類之間的交互會(huì)話、使用構(gòu)件圖設(shè)計(jì)Agent內(nèi)部架構(gòu)和使用部署圖定義仿真控制框架的部署。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
[0011]本發(fā)明針對(duì)多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架要求實(shí)現(xiàn)與仿真模型的弱耦合的難題，提出的多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，規(guī)范了分析和設(shè)計(jì)流程與內(nèi)容，從軟件工程的角度提高了應(yīng)用需求的滿足程度，按照該方法進(jìn)行作戰(zhàn)仿真控制框架的分析與設(shè)計(jì)，可提高仿真系統(tǒng)的開發(fā)效率，增強(qiáng)其通用性，降低與仿真模型的耦合程度。
【【附圖說明】】
[0012]圖1是本發(fā)明方法流程圖。
[0013]圖2是本發(fā)明多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架目標(biāo)層次圖。
[0014]圖3是本發(fā)明多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架總體用例圖。
[0015]圖4是本發(fā)明多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架總體用例順序圖。
[0016]圖5是本發(fā)明多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架角色圖。
[0017]圖6是本發(fā)明作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)顯示任務(wù)并發(fā)任務(wù)圖。
[0018]圖7是本發(fā)明多Agent作戰(zhàn)仿真控制體系框架Agent類圖。
[0019]圖8是本發(fā)明DataBaseAdmin類關(guān)于SendDataandRedraw會(huì)話模型圖。
[0020]圖9是本發(fā)明ShowAndControl類關(guān)于SendDataandRedraw會(huì)話模型圖。
[0021 ]圖 10是本發(fā)明SimCondit1nInputAgent類構(gòu)件圖。
[0022]圖11是本發(fā)明多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架部署圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地描述。
[0024]一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，包括多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程、多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的設(shè)計(jì)方法。
[0025]I)多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程
[0026]多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程如圖1所示。開發(fā)流程主要包括了分析和設(shè)計(jì)兩個(gè)基本階段，第一個(gè)階段包括了仿真用戶需求分析、獲取仿真控制框架的應(yīng)用目標(biāo)、建立仿真應(yīng)用用例和提煉仿真控制框架角色及其任務(wù)4個(gè)步驟;第二個(gè)階段包括了構(gòu)建仿真通用控制框架Agent類、構(gòu)建Agent類之間的交互會(huì)話、設(shè)計(jì)Agent內(nèi)部架構(gòu)和定義仿真控制框架的部署4個(gè)步驟。
[0027 ] 2)多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析方法
[0028]丨.仿真用戶需求分析
[0029]多Agent作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的一般體系結(jié)構(gòu)主要包括兩個(gè)組成部分，第一個(gè)組成部分為由紅藍(lán)雙方Agent組成的多Agent作戰(zhàn)仿真模型體系，該仿真模型是按照從實(shí)際作戰(zhàn)系統(tǒng)組元到Agent實(shí)體映射的方式進(jìn)行構(gòu)建的，第二個(gè)部分為白方多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架，作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)僅有仿真模型還不能按照用戶的要求實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)仿真推演，還需要有能夠?qū)Ψ抡婺Ｐ瓦M(jìn)行驅(qū)動(dòng)、管理、服務(wù)和人機(jī)交互的仿真控制框架，按照作戰(zhàn)仿真系統(tǒng)的軍事需求，針對(duì)多Agent作戰(zhàn)仿真模型運(yùn)行的實(shí)際需要，確定白方多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的用戶需求包括:
[0030](I)作戰(zhàn)仿真輸入，包括戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境、作戰(zhàn)想定、仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)需求等初始條件的設(shè)定，以及作戰(zhàn)仿真過程中與仿真模型的實(shí)時(shí)交互控制等。
[0031](2)作戰(zhàn)仿真輸出，包括作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)的二、三維顯示，作戰(zhàn)指揮交互流程信息的可視化顯示，作戰(zhàn)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)顯示等。
[0032](3)作戰(zhàn)仿真運(yùn)行支撐，包括多Agent交互通信，作戰(zhàn)仿真的時(shí)間推進(jìn)管理，作戰(zhàn)仿真Agent模型管理，作戰(zhàn)仿真數(shù)據(jù)庫(包括戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境數(shù)據(jù)、仿真過程數(shù)據(jù)、仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和仿真條件數(shù)據(jù))。
[0033]2.獲取仿真控制框架的應(yīng)用目標(biāo)
[0034]應(yīng)用目標(biāo)是系統(tǒng)功能性和非功能性需求的抽象描述，目標(biāo)之間構(gòu)成父子關(guān)系，以目標(biāo)層次圖進(jìn)行模型表示，獲取目標(biāo)是進(jìn)行系統(tǒng)分析的首要步驟。根據(jù)多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的初步用戶需求，建立多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架目標(biāo)層次圖，如圖2所示。
[0035]3.建立仿真應(yīng)用用例
[0036]建立仿真應(yīng)用用例是將系統(tǒng)目標(biāo)轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)角色和任務(wù)的關(guān)鍵步驟，系統(tǒng)分析人員根據(jù)系統(tǒng)需求繪制用例圖，并根據(jù)每個(gè)用例創(chuàng)建順序圖，對(duì)多Agent系統(tǒng)實(shí)際交互通信進(jìn)行描述，形成初始角色集合，為提取系統(tǒng)角色及建立各角色的任務(wù)模型奠定基礎(chǔ)。根據(jù)白方多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的初步用戶需求建立總體用例圖如圖3所示。根據(jù)所建立的總體用例圖，創(chuàng)建仿真系統(tǒng)總體用例的順序圖，如圖4所示，該圖刻畫了該用例是如何通過各角色之間的交互會(huì)話實(shí)現(xiàn)的。
[0037]4.提煉仿真控制框架角色及其任務(wù)
[0038]角色(Role)是系統(tǒng)中執(zhí)行任務(wù)的行為實(shí)體的抽象表示，任務(wù)(Task)是角色為實(shí)現(xiàn)其目的而進(jìn)行的一組動(dòng)作，根據(jù)多Agent作戰(zhàn)方針控制框架用例的順序圖中產(chǎn)生的初始角色集合及其交互關(guān)系，為系統(tǒng)目標(biāo)定義恰當(dāng)?shù)慕巧敖巧枰獔?zhí)行的任務(wù)，建立角色圖，如圖5所示，圖中矩形表示角色，矩形內(nèi)橫向上方字符表示角色名稱，下方數(shù)字表示角色對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)目標(biāo)，矩形與橢圓形間的無向邊表示角色與任務(wù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，橢圓形表示任務(wù)，通過任務(wù)間的有向邊表示交互協(xié)議。
[0039]在完成角色提取的基礎(chǔ)上，在該分析階段還需要對(duì)各個(gè)角色的任務(wù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，將各角色的任務(wù)描述為有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，建立每一個(gè)任務(wù)的并發(fā)任務(wù)圖，為下一步的程序設(shè)計(jì)提供更詳細(xì)的交互描述。以作戰(zhàn)態(tài)勢(shì)顯示任務(wù)為例，建立的并發(fā)任務(wù)圖，如圖6所示。將并發(fā)任務(wù)圖視為一個(gè)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)，節(jié)點(diǎn)代表不同的狀態(tài)，狀態(tài)間的有向邊代表狀態(tài)轉(zhuǎn)移，狀態(tài)轉(zhuǎn)移的語法描述為:
[0040]trigger(argslistl)[guard]/transmiss1n(argslist2)，其中:
[0041 ] trigger(argslistl):狀態(tài)轉(zhuǎn)移的激發(fā)事件及事件的參數(shù)列表；
[0042I [guard]:狀態(tài)轉(zhuǎn)移的條件；
[0043] transmiss1n(argslist2):狀態(tài)轉(zhuǎn)移的信息傳輸及其傳輸?shù)膮?shù)列表。
[0044]各要素在使用中均為可選項(xiàng)，可以單獨(dú)使用也可合并使用。
[0045]3)多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的設(shè)計(jì)方法
[0046]1.構(gòu)建仿真通用控制框架Agent類
[0047]軟件設(shè)計(jì)人員根據(jù)在分析階段建立的角色模型，按照軟件實(shí)現(xiàn)的要求，構(gòu)建Agent類。角色到Agent類之間的映射關(guān)系包括三種，第一種是一對(duì)一映射，第二種是多對(duì)一的映射，第三種是一對(duì)多的映射，軟件設(shè)計(jì)人員在綜合考慮軟件的模塊化聚合和通信容量等影響因素的情況下，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。根據(jù)所建立的多Agent作戰(zhàn)仿真控制框架角色圖，構(gòu)建Agent類圖如圖7所示，其中矩形方框內(nèi)橫向上方字符表示Agent的名稱，橫線下方的數(shù)字編號(hào)與角色圖相對(duì)應(yīng)代表該Agent類所實(shí)現(xiàn)的角色，Agent類之間的實(shí)心箭頭連線表示類之間的會(huì)話，虛心箭頭連線表示類之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。
[0048]2.構(gòu)建Agent類之間的交互會(huì)話
[0049]會(huì)話定義了兩個(gè)Agent之間的合作協(xié)議，構(gòu)造會(huì)話設(shè)計(jì)階段，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要分別對(duì)每一個(gè)會(huì)話構(gòu)建模型，而每一個(gè)會(huì)話由于涉及會(huì)話的發(fā)起方Agent和反應(yīng)方Agent，因此，一個(gè)會(huì)話模型由一對(duì)通信類圖構(gòu)成，每一個(gè)通信類圖構(gòu)成一個(gè)有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)。以SendDataandRedraw會(huì)話為例，該會(huì)話的功能為發(fā)送場(chǎng)景數(shù)據(jù)，并根據(jù)更新的數(shù)據(jù)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行刷新渲染，所建立的DataBaseAdmin類關(guān)于該會(huì)話的模型如圖8所示，所建立的ShowAndControl類關(guān)于該會(huì)話的模型如圖9所示。
[0050]3.設(shè)計(jì)Agent內(nèi)部架構(gòu)
[0051 ]在此設(shè)計(jì)步驟，將對(duì)每一個(gè)Agent類的內(nèi)部構(gòu)件及其關(guān)系建模，從而完成對(duì)Agent類內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)的確立，為各Agent的最終實(shí)現(xiàn)提供設(shè)計(jì)支撐。采用構(gòu)件圖建模語言對(duì)Agent類的內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，將每一個(gè)Agent類視為一個(gè)構(gòu)件(component)，Agent構(gòu)件包含:部件(part)、端口(port)、接口(interface)和連接件(connector)，以SimCondit1nInputAgent類為例，該類的作用為對(duì)仿真初始條件進(jìn)行輸入，建立起該Agent類的內(nèi)部架構(gòu)，如圖10所示。
[0052]4.定義仿真控制框架的部署
[0053]定義仿真控制框架的部署是設(shè)計(jì)過程的最終步驟，在此采用部署圖的建模語言，定義需要實(shí)例化的Agent對(duì)象的數(shù)量、種類和運(yùn)行位置等實(shí)際系統(tǒng)的配置。所建立的部署圖如圖11所示。
[0054]以上的【具體實(shí)施方式】僅為本創(chuàng)作的較佳實(shí)施例，并不用以限制本創(chuàng)作，凡在本創(chuàng)作的精神及原則之內(nèi)所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本創(chuàng)作的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架分析設(shè)計(jì)方法，其特征在于:包括多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程、多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的設(shè)計(jì)方法，其中: 多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析設(shè)計(jì)總體流程包括:開發(fā)流程主要包括了分析和設(shè)計(jì)兩個(gè)基本階段，第一個(gè)階段包括了仿真用戶需求分析、獲取仿真控制框架的應(yīng)用目標(biāo)、建立仿真應(yīng)用用例和提煉仿真控制框架角色及其任務(wù)4個(gè)步驟;第二個(gè)階段包括了構(gòu)建仿真通用控制框架Agent類、構(gòu)建Agent類之間的交互會(huì)話、設(shè)計(jì)Agent內(nèi)部架構(gòu)和定義仿真控制框架的部署4個(gè)步驟； 多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的分析方法包括:使用文字描述建立仿真用戶需求分析、使用目標(biāo)層次圖獲取仿真控制框架的應(yīng)用目標(biāo)、使用用例圖和順序圖建立仿真應(yīng)用用例以及使用角色圖和有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)提煉仿真控制框架角色及其任務(wù)； 多Agent作戰(zhàn)仿真通用控制框架的設(shè)計(jì)方法包括:使用類圖構(gòu)建仿真通用控制框架Agent類模型、使用有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)構(gòu)建Agent類之間的交互會(huì)話、使用構(gòu)件圖設(shè)計(jì)Agent內(nèi)部架構(gòu)和使用部署圖定義仿真控制框架的部署。
【文檔編號(hào)】G06F9/455GK105893111SQ201610172460
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年3月24日
【發(fā)明人】蒲瑋, 李雄
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍裝甲兵工程學(xué)院