基于Agent的建模与仿真设计模式及软件框架

Vol. 17 No. 4 系 统 仿 真 学 报

Apr. 2005

JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION

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基于Agent的建模与仿真设计模式及软件框架

廖守亿, 戴金海

(国防科技大学航天与材料工程学院, 湖南长沙 410073)

摘 要: 提出了一种基于Agent的建模与仿真设计模式——ABMS设计模式，阐述了ABMS设计模式的主要内容。该模式的提出有利于在建模与仿真领域以及软件开发界之间建立关于ABMS的对话联系与交流。然后设计了一种包含仿真服务模型和Agent仿真模型的ABMS分布仿真软件框架，该框架将最大限度实现仿真重用，并将支持大规模的基于Agent的复杂系统的分布仿真，包括军事对抗以及空间作战系统的仿真。该框架部分借鉴了HLA的思想，其中的ServerAgent提供底层的通用仿真服务。

关键词: 复杂系统；设计模式；软件框架；基于Agent的建模与仿真 文章编号：1004-731X (2005) 04-0863-04 中图分类号: TP391.9 文献标识码：A

Design Pattern and Software Framework for Agent-Based Modeling and Simulation

LIAO Shou-yi, DAI Jin-hai

(College of Aerospace and Material Engineering, National University of Defense Technology, Changsha Hunan 410073, China)

引 言

Abstract: An Agent-Based Modeling and Simulation design pattern, ABMS design pattern, is proposed creatively. The

ABMS design pattern will be helpful to build dialogue and communications between the domain of modeling and simulation and software development community. Based on the ABMS design pattern, a distributed simulation software framework for ABMS called ABDSF, including agent simulation service model (ServerAgent) and agent simulation model (ASM), is proposed. The framework uses HLA for reference. With this framework, one can share the models and simulation technologies, improve the reusability and interoperability of the models. And we can also conduct large-scale agent-based simulation for complex systems, including military systems and space operations under the framework.

Keywords: complex systems; design pattern; software framework; agent-based modeling and simulation (ABMS)

and Ubiquitous Network Agent-Modeling Initiative)，利用ABMS方法来对虚拟战场仿真中出现的关键问题进行研究

[3]

复杂系统和关于复杂性的研究近几年来成为系统科学、计算机科学等领域的研究热点，复杂性科学更被称为“21世纪的科学”。为了解决复杂性问题，人们提出了各种解决办法，例如钱学森先生提出的“从定性到定量的综合集成研讨厅”体系，复杂适应系统理论倡导的“基于Agent的建模与仿真(Agent-Based Modeling and Simulation , ABMS)”方法学等。当前的基于还原论的建模方法难以解决复杂性问题

[1]

。现今愈演愈烈的空间对抗(太空作战，也称天战)，显然

要比一般的军事对抗复杂得多，对天战的建模与仿真，同样需要先进的建模与仿真技术的支持，而ABMS将是首选[4]。

ABMS作为一种新的建模仿真技术和仿真方法学，目前的研究还远远不够，已有的研究工作还显得比较零散，尚未形成一个完备的体系，还没有一个支持ABMS的通用软件框架。针对这这些情况，本文提出一种ABMS设计模式(也可以说是ABMS方法学)，这将有利于系统研究ABMS的相关问题。然后提出一种ABMS的通用分布仿真软件框架，在此框架下，将有助于对复杂系统进行基于Agent的仿真，提高建模与仿真软件的通用性、可重用性，同时可实现仿真模型的智能特征，特别是支持军事对抗仿真以及对空间作战系统的仿真[4]。

。复杂性问题的解决，只能采用基于本体论的建模方法，

例如ABMS就是这样一种方法。ABMS在不同的学科领域得到了广泛的应用，包括在人工生命系统、社会系统、经济系统、军事对抗等方面的应用。例如美国国防部(DoD)认为复杂性科学及基于复杂性的建模与仿真[2]有助于解决C4ISR的开发问题，可以使得C4ISR真正在战场中起作用，使得美军在未来战争中具有对信息的全方位、瞬时的获取能力；美国的海军战场研发司令部NWDC(Navy Warfare Development Command)与Argonne国家实验室的复杂适应系统仿真中心开展合作，共同开发TSUNAMI(The Tactical

1 设计模式

1.1 模式

模式是一个高度抽象的概念，它最先由Alexander在其经典著作[5]中提出。模式分为三部分：语境(Context)，指模式在何种状况下起作用；动机(Forces)，指问题或预期的目标；解决方案(Solution)，指平衡各动机或解决所阐述问题的一个构造或配置(Configuration)。他指出，模式是表示语境、动机、解决方案三个方面关系的一个规则。模式描述了在一

收稿日期: 2004-03-12 修回日期：2004-09-04

基金项目: 武器装备预研基金项目(51420010303KG0109) 作者简介：廖守亿(1974-), 男, 重庆人, 博士生, 研究方向为飞行器设计与先期技术演证, 复杂系统建模与仿真; 戴金海(1943-), 男, 河北昌黎人, 教授, 博导, 研究方向为飞行器设计, 虚拟飞行试验, 系统建模与仿真, 实时系统与计算机控制, 产品数据管理(PDM)及企业信息化。

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个特定环境下不断重复发生的问题，以及该问题解决方案的核心所在。这样，你就能多次使用该方案而不必做重复劳动。

1.2 软件设计模式

1.2.1 软件设计模式的作用

Alexander关于模式的开拓性工作以城市规划和建筑为基础，后来被Gamma [6]

等人引入到软件设计模式方面的应用中。软件设计模式是从面向对象范式中涌现出来的软件工程问题求解方法，它的目标是建立支持设计与开发的通用框架体系。

软件设计模式的应用对软件开发产生了重大的作用，主要表现在：(1) 软件设计模式是人们在长期的软件设计开发与组织管理的实践中提炼和抽象出现的，是重用软件设计方法和过程管理经验的有力工具，它允许利用成功的解决方案来解决共性的问题，它提供了一系列软件开发中的思维套路。(2) 软件设计模式为人们提供了一套简洁通用的设计、管理、组织方面的词汇和术语，同时也为我们提供了一个描述抽象事物的规范标准，可大大促进软件开发过程中人与人之间的交流。“软件项目失败的原因最终都可追溯到信息没有及时准确地传递到应该接收它的人”。 1.2.2 软件设计模式的描述

软件设计模式的描述分以下几个部分：(1) 模式名。模式名简洁地描述了模式的本质。(2) 问题(Problem)或意图。在特定的语境和动机下要达到的目标。(3)语境(Context)。问题及其解决方案产生时的前提条件。语境告诉我们该模式的适用性。(4)动机(Forces)。描述相关的动机和约束，它们之间或与期望的达到的目标之间的相互作用(或冲突)，通常需要对各期望的目标进行优先级排序。动机阐明了问题的复杂性，定义了在相互冲突时所采取的各种权衡手段。(5)解决方案(Solution)。它是一些静态的关系和动态的规则，用以描述如何得到所需的结果。通常是给出一组指令来说明如何构造所需的工作组成部分。该说明可包括图表、文字，用以标 …… 此处隐藏：8630字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……