一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，其包括多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程、多Agent作战仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作战仿真通用控制框架的设计方法。本发明针对多Agent作战仿真通用控制框架要求实现与仿真模型的弱耦合的难题，提出的多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，规范了分析和设计流程与内容，从软件工程的角度提高了应用需求的满足程度，对多Agent作战仿真通用控制框架进行了分析模型和设计模型的构建，为系统开发提供了模型支撑。
【专利说明】
一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种仿真控制框架分析设计方法，具体涉及一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，属于计算机作战仿真技术领域。
【【背景技术】】
[0002]计算机作战仿真已经成为研究和解决军事问题的重要方法和手段，随着战争形态从机械化向信息化转变，作战体系的复杂性进一步增强，对作战仿真提出了新的更高的要求。Agent是一种具有自主性、交互性、反应性和主动性等特征，在系统中持续自主发挥作用的计算实体，基于多Agent的作战仿真方法，将作战个体的主动适应性与作战体系的宏观涌现性相结合，是当前复杂作战系统仿真的重要而有效方法。
[0003]多Agent作战仿真通用控制框架是基于多Agent作战仿真系统的重要组成部分，是多Agent作战仿真模型运行的基础环境，涉及分布式Agent底层通信、多Agent时间推进管理、Agent模型管理和人机交互界面等一系列核心仿真控制问题，仿真控制框架中的各个功能模块，一般称为白方Agent，由于需要自主地和Agent仿真模型产生信息交互，主动性的对仿真模型和仿真用户产生管理控制服务，因此，具有明显的多Agent的软件特征。建立一种与仿真模型弱耦合，跨平台可重用的通用仿真控制框架，可以让仿真开发人员将主要精力投入到作战仿真Agent模型的开发上，提高仿真系统开发效率，并且通过反复迭代模型检验的方法，提高模型可信性。围绕通用仿真控制框架的设计与实现这一技术难题，目前所展开的相关研究集中于针对特定的仿真目的需要，建立相应的仿真控制框架方面，还没有针对多Agent作战仿真的实际特点进行开发。
[0004]因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种创新的多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，以克服现有技术中的所述缺陷。
【
【发明内容】
】
[0005]为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，以规范分析和设计流程与内容，提高应用需求的满足程度，降低控制框架与仿真模型的耦合程度，提高仿真系统开发效率。
[0006]为实现上述目的，本发明采取的技术方案为:一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，包括多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程、多Agent作战仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作战仿真通用控制框架的设计方法，其中:
[0007]多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程:开发流程主要包括了分析和设计两个基本阶段，第一个阶段包括了仿真用户需求分析、获取仿真控制框架的应用目标、建立仿真应用用例和提炼仿真控制框架角色及其任务4个步骤;第二个阶段包括了构建仿真通用控制框架Agent类、构建Agent类之间的交互会话、设计Agent内部架构和定义仿真控制框架的部署4个步骤。
[0008]多Agent作战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户需求分析、使用目标层次图获取仿真控制框架的应用目标、使用用例图和顺序图建立仿真应用用例以及使用角色图和有限状态自动机提炼仿真控制框架角色及其任务。
[0009]多Agent作战仿真通用控制框架的设计方法:包括使用类图构建仿真通用控制框架Agent类模型、使用有限状态自动机构建Agent类之间的交互会话、使用构件图设计Agent内部架构和使用部署图定义仿真控制框架的部署。
[0010]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果:
[0011]本发明针对多Agent作战仿真通用控制框架要求实现与仿真模型的弱耦合的难题，提出的多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，规范了分析和设计流程与内容，从软件工程的角度提高了应用需求的满足程度，按照该方法进行作战仿真控制框架的分析与设计，可提高仿真系统的开发效率，增强其通用性，降低与仿真模型的耦合程度。
【【附图说明】】
[0012]图1是本发明方法流程图。
[0013]图2是本发明多Agent作战仿真通用控制框架目标层次图。
[0014]图3是本发明多Agent作战仿真通用控制框架总体用例图。
[0015]图4是本发明多Agent作战仿真通用控制框架总体用例顺序图。
[0016]图5是本发明多Agent作战仿真通用控制框架角色图。
[0017]图6是本发明作战态势显示任务并发任务图。
[0018]图7是本发明多Agent作战仿真控制体系框架Agent类图。
[0019]图8是本发明DataBaseAdmin类关于SendDataandRedraw会话模型图。
[0020]图9是本发明ShowAndControl类关于SendDataandRedraw会话模型图。
[0021 ]图 10是本发明SimCondit1nInputAgent类构件图。
[0022]图11是本发明多Agent作战仿真通用控制框架部署图。
【【具体实施方式】】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细地描述。
[0024]一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，包括多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程、多Agent作战仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作战仿真通用控制框架的设计方法。
[0025]I)多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程
[0026]多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程如图1所示。开发流程主要包括了分析和设计两个基本阶段，第一个阶段包括了仿真用户需求分析、获取仿真控制框架的应用目标、建立仿真应用用例和提炼仿真控制框架角色及其任务4个步骤;第二个阶段包括了构建仿真通用控制框架Agent类、构建Agent类之间的交互会话、设计Agent内部架构和定义仿真控制框架的部署4个步骤。
[0027 ] 2)多Agent作战仿真通用控制框架的分析方法
[0028]丨.仿真用户需求分析
[0029]多Agent作战仿真系统的一般体系结构主要包括两个组成部分，第一个组成部分为由红蓝双方Agent组成的多Agent作战仿真模型体系，该仿真模型是按照从实际作战系统组元到Agent实体映射的方式进行构建的，第二个部分为白方多Agent作战仿真通用控制框架，作战仿真系统仅有仿真模型还不能按照用户的要求实现作战仿真推演，还需要有能够对仿真模型进行驱动、管理、服务和人机交互的仿真控制框架，按照作战仿真系统的军事需求，针对多Agent作战仿真模型运行的实际需要，确定白方多Agent作战仿真通用控制框架的用户需求包括:
[0030](I)作战仿真输入，包括战场环境、作战想定、仿真数据统计需求等初始条件的设定，以及作战仿真过程中与仿真模型的实时交互控制等。
[0031](2)作战仿真输出，包括作战态势的二、三维显示，作战指挥交互流程信息的可视化显示，作战仿真结果数据的统计显示等。
[0032](3)作战仿真运行支撑，包括多Agent交互通信，作战仿真的时间推进管理，作战仿真Agent模型管理，作战仿真数据库(包括战场环境数据、仿真过程数据、仿真结果统计数据和仿真条件数据)。
[0033]2.获取仿真控制框架的应用目标
[0034]应用目标是系统功能性和非功能性需求的抽象描述，目标之间构成父子关系，以目标层次图进行模型表示，获取目标是进行系统分析的首要步骤。根据多Agent作战仿真通用控制框架的初步用户需求，建立多Agent作战仿真通用控制框架目标层次图，如图2所示。
[0035]3.建立仿真应用用例
[0036]建立仿真应用用例是将系统目标转换为系统角色和任务的关键步骤，系统分析人员根据系统需求绘制用例图，并根据每个用例创建顺序图，对多Agent系统实际交互通信进行描述，形成初始角色集合，为提取系统角色及建立各角色的任务模型奠定基础。根据白方多Agent作战仿真通用控制框架的初步用户需求建立总体用例图如图3所示。根据所建立的总体用例图，创建仿真系统总体用例的顺序图，如图4所示，该图刻画了该用例是如何通过各角色之间的交互会话实现的。
[0037]4.提炼仿真控制框架角色及其任务
[0038]角色(Role)是系统中执行任务的行为实体的抽象表示，任务(Task)是角色为实现其目的而进行的一组动作，根据多Agent作战方针控制框架用例的顺序图中产生的初始角色集合及其交互关系，为系统目标定义恰当的角色及角色需要执行的任务，建立角色图，如图5所示，图中矩形表示角色，矩形内横向上方字符表示角色名称，下方数字表示角色对应的系统目标，矩形与椭圆形间的无向边表示角色与任务的对应关系，椭圆形表示任务，通过任务间的有向边表示交互协议。
[0039]在完成角色提取的基础上，在该分析阶段还需要对各个角色的任务进行详细的分析，将各角色的任务描述为有限状态自动机，建立每一个任务的并发任务图，为下一步的程序设计提供更详细的交互描述。以作战态势显示任务为例，建立的并发任务图，如图6所示。将并发任务图视为一个有限状态自动机，节点代表不同的状态，状态间的有向边代表状态转移，状态转移的语法描述为:
[0040]trigger(argslistl)[guard]/transmiss1n(argslist2)，其中:
[0041 ] trigger(argslistl):状态转移的激发事件及事件的参数列表；
[0042I [guard]:状态转移的条件；
[0043] transmiss1n(argslist2):状态转移的信息传输及其传输的参数列表。
[0044]各要素在使用中均为可选项，可以单独使用也可合并使用。
[0045]3)多Agent作战仿真通用控制框架的设计方法
[0046]1.构建仿真通用控制框架Agent类
[0047]软件设计人员根据在分析阶段建立的角色模型，按照软件实现的要求，构建Agent类。角色到Agent类之间的映射关系包括三种，第一种是一对一映射，第二种是多对一的映射，第三种是一对多的映射，软件设计人员在综合考虑软件的模块化聚合和通信容量等影响因素的情况下，可以根据实际需要进行选择。根据所建立的多Agent作战仿真控制框架角色图，构建Agent类图如图7所示，其中矩形方框内横向上方字符表示Agent的名称，横线下方的数字编号与角色图相对应代表该Agent类所实现的角色，Agent类之间的实心箭头连线表示类之间的会话，虚心箭头连线表示类之间的关联关系。
[0048]2.构建Agent类之间的交互会话
[0049]会话定义了两个Agent之间的合作协议，构造会话设计阶段，系统设计人员需要分别对每一个会话构建模型，而每一个会话由于涉及会话的发起方Agent和反应方Agent，因此，一个会话模型由一对通信类图构成，每一个通信类图构成一个有限状态自动机。以SendDataandRedraw会话为例，该会话的功能为发送场景数据，并根据更新的数据对场景进行刷新渲染，所建立的DataBaseAdmin类关于该会话的模型如图8所示，所建立的ShowAndControl类关于该会话的模型如图9所示。
[0050]3.设计Agent内部架构
[0051 ]在此设计步骤，将对每一个Agent类的内部构件及其关系建模，从而完成对Agent类内部体系结构的确立，为各Agent的最终实现提供设计支撑。采用构件图建模语言对Agent类的内部体系结构进行建模，将每一个Agent类视为一个构件(component)，Agent构件包含:部件(part)、端口(port)、接口(interface)和连接件(connector)，以SimCondit1nInputAgent类为例，该类的作用为对仿真初始条件进行输入，建立起该Agent类的内部架构，如图10所示。
[0052]4.定义仿真控制框架的部署
[0053]定义仿真控制框架的部署是设计过程的最终步骤，在此采用部署图的建模语言，定义需要实例化的Agent对象的数量、种类和运行位置等实际系统的配置。所建立的部署图如图11所示。
[0054]以上的【具体实施方式】仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。
【主权项】
1.一种多Agent作战仿真通用控制框架分析设计方法，其特征在于:包括多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程、多Agent作战仿真通用控制框架的分析方法和多Agent作战仿真通用控制框架的设计方法，其中: 多Agent作战仿真通用控制框架的分析设计总体流程包括:开发流程主要包括了分析和设计两个基本阶段，第一个阶段包括了仿真用户需求分析、获取仿真控制框架的应用目标、建立仿真应用用例和提炼仿真控制框架角色及其任务4个步骤;第二个阶段包括了构建仿真通用控制框架Agent类、构建Agent类之间的交互会话、设计Agent内部架构和定义仿真控制框架的部署4个步骤； 多Agent作战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户需求分析、使用目标层次图获取仿真控制框架的应用目标、使用用例图和顺序图建立仿真应用用例以及使用角色图和有限状态自动机提炼仿真控制框架角色及其任务； 多Agent作战仿真通用控制框架的设计方法包括:使用类图构建仿真通用控制框架Agent类模型、使用有限状态自动机构建Agent类之间的交互会话、使用构件图设计Agent内部架构和使用部署图定义仿真控制框架的部署。
【文档编号】G06F9/455GK105893111SQ201610172460
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月24日
【发明人】蒲玮, 李雄
【申请人】中国人民解放军装甲兵工程学院