黃一斌， 鐘海波

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備試用與培訓(xùn)大隊， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學(xué)院科研部， 北京 100072)

基于嵌套MAS的戰(zhàn)術(shù)通信模擬訓(xùn)練框架研究

黃一斌1， 鐘海波2

(1. 裝甲兵工程學(xué)院裝備試用與培訓(xùn)大隊， 北京 100072； 2. 裝甲兵工程學(xué)院科研部， 北京 100072)

為有效解決基層數(shù)字化部隊成體系、成建制、成系統(tǒng)、低成本的戰(zhàn)術(shù)通信模擬訓(xùn)練的難題，通過軍事需求建模分析和多智能體系統(tǒng)(Multi-Agent System，MAS)改進設(shè)計，提出了嵌套多智能體系統(tǒng)(Embedded MAS, EMAS)框架。作為通用集成框架，EMAS具備虛實融合、硬軟結(jié)合、形式邏輯上的多重嵌套以及低耦合、高聚合、模塊化等特征,可滿足基層培訓(xùn)的4個要求；同時該框架擴展性好，且便于模塊化設(shè)計、開發(fā)、調(diào)試和集成?；谲娛滦枨蠼５腅MAS框架能有效支持戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)訓(xùn)練，也可用于整個數(shù)字化部隊指揮信息系統(tǒng)訓(xùn)練。

嵌套多智能體系統(tǒng); 軍事需求建模；通用集成框架

仿真模擬是數(shù)字化部隊?wèi)?zhàn)斗力生成的有效手段。當(dāng)前針對戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的研究，多數(shù)側(cè)重于其戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的功能和性能的仿真研究分析[1-6];也有些研究是針對戰(zhàn)術(shù)電臺的模擬，或是電臺模擬器的組網(wǎng)訓(xùn)練[7-11]。然而，以上研究不能滿足基層部隊?wèi)?zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的成體系、成建制訓(xùn)練要求，而且也沒有開展模擬訓(xùn)練通用框架研究。

為有效解決各個師旅級數(shù)字化部隊成體系、成建制、成系統(tǒng)、低成本地開展戰(zhàn)術(shù)通信模擬訓(xùn)練的難題，也即開展戰(zhàn)術(shù)通信模擬系統(tǒng)裝備訓(xùn)練，實現(xiàn)在訓(xùn)練內(nèi)容及模式上成體系、在教學(xué)規(guī)模上成建制、在裝備范圍上成系統(tǒng)、在經(jīng)費開支上低成本的總目標(biāo)，從戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)訓(xùn)練的軍事需求建模(Military Requirements Modeling, MRM)技術(shù)研究入手，根據(jù)虛實融合、硬軟結(jié)合、多重嵌套的要求，需要構(gòu)建一個通用技術(shù)框架，以支持?jǐn)U展和應(yīng)用集成，提高通用性和適用性。

本文將采取優(yōu)化組合、模塊復(fù)用、突出重點、兼顧系統(tǒng)完整性的原則對通用技術(shù)框架進行研究，重點針對指揮信息系統(tǒng)中的戰(zhàn)術(shù)通信子系統(tǒng)，一并集成指揮控制子系統(tǒng)。同時也考慮其余的偵察情報子系統(tǒng)、信息對抗子系統(tǒng)、安全保密子系統(tǒng)和保障子系統(tǒng)等分系統(tǒng)的集成可能性和可行性，支持通過同樣的技術(shù)方案進行建模和集成，實現(xiàn)深層次的成建制、成系統(tǒng)訓(xùn)練，有效解決基層數(shù)字化部隊各要素的綜合訓(xùn)練。此外，為了提高仿真的可信度，需要考慮模擬訓(xùn)練原型系統(tǒng)的真實程度，且能適應(yīng)不同部隊的差異。

1 基本要求

從運用功能上，要求能實現(xiàn)通信專業(yè)技能模擬訓(xùn)練、信息系統(tǒng)操作技能模擬訓(xùn)練、各級模擬訓(xùn)練、科股部門模擬訓(xùn)練、首長機關(guān)指揮模擬訓(xùn)練和示范教學(xué)等功能，為數(shù)字化部隊各級指戰(zhàn)員完成戰(zhàn)術(shù)通信裝備的專業(yè)技術(shù)和組網(wǎng)運用等模擬訓(xùn)練提供支持。

從運行模式上，要求既可分別自主運行，又能大規(guī)模組網(wǎng)運用訓(xùn)練，減少甚至是不設(shè)管理人員，減小維護工作量，而且在原型系統(tǒng)建設(shè)成本和使用維護成本2個方面，應(yīng)盡量減少經(jīng)費開支。

從相似性上，要求與部隊實際盡量一致，以提高可信度和逼真度。為充分模擬初級戰(zhàn)術(shù)互聯(lián)網(wǎng)中的信息流，應(yīng)盡量按照實裝組成、系統(tǒng)拓撲、運用原則構(gòu)建模擬訓(xùn)練系統(tǒng)。同時，對于那些一線訓(xùn)練人員操作較少且基本沒有復(fù)雜操作過程的設(shè)備，也應(yīng)進行功能簡化和集成，如：規(guī)劃配置好的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要負責(zé)連接電臺和車內(nèi)局域網(wǎng)，并提供部分路由功能等，這些功能不需要指揮人員設(shè)置，而只需專業(yè)技術(shù)人員進行規(guī)劃配置并調(diào)試好即可。因此，應(yīng)將網(wǎng)絡(luò)通信控制器和互聯(lián)網(wǎng)控制器進行簡化模擬，以保證信息流與實裝的一致性。對于實裝指控系統(tǒng)，雖然只作實裝集成，但要求其與戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)及相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的關(guān)系與真實情況保持一致，以保證實裝上的指控與模擬訓(xùn)練原型系統(tǒng)上的指控是相同的，方便指揮人員操作，從而提高訓(xùn)練效果。

從技術(shù)上，多智能體系統(tǒng)(Multi-Agent System, MAS)是研究復(fù)雜系統(tǒng)的一種重要方法，主要應(yīng)用于復(fù)雜系統(tǒng)的涌現(xiàn)性、整體性、不確定性和自組織性等研究[12]。對于戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練，MAS理論技術(shù)經(jīng)過改進和創(chuàng)新，也不失為一種有效的技術(shù)。通過對模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的建模分析，可以得到各類Agent，進一步通過功能劃分和模塊集成，從分布角度來看，需要不同類型的仿真節(jié)點。

2 模擬訓(xùn)練需求分析建模

借鑒軍事需求的層次結(jié)構(gòu)[13-14]，依據(jù)軍事需求建模技術(shù)框架，可以建立數(shù)字化部隊?wèi)?zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練的需求層次結(jié)構(gòu)和映射譜系，如圖1所示，用于指導(dǎo)和規(guī)范模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作。

圖1 模擬訓(xùn)練需求層次結(jié)構(gòu)和映射譜系

1) 頂層的軍事需求。該需求是為解決裝甲機械化部隊因缺乏指揮信息系統(tǒng)訓(xùn)練裝備而難以成建制、成系統(tǒng)進行訓(xùn)練的問題，以提高訓(xùn)練質(zhì)量與效益，加快數(shù)字化新裝備形成戰(zhàn)斗力的進程。這層需求可轉(zhuǎn)換映射為開展戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練、實裝訓(xùn)練等模式的需求與實現(xiàn)。本文主要研究開展戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練的需求。

2) 模擬訓(xùn)練的總體需求。該需求主要為了滿足數(shù)字化部隊開展戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練的需求，可以歸納成3個層次的內(nèi)容：一是采用多種手段開發(fā)新型電臺的基礎(chǔ)教學(xué)，使操作人員從不懂到熟練掌握，并對其掌握程度進行考核評估；二是實現(xiàn)新型電臺的操作訓(xùn)練，操作人員可以根據(jù)專業(yè)課目設(shè)計的步驟，從學(xué)習(xí)到引導(dǎo)訓(xùn)練，然后實現(xiàn)自主訓(xùn)練；三是作為模擬戰(zhàn)術(shù)訓(xùn)練網(wǎng)節(jié)點，實現(xiàn)成建制聯(lián)網(wǎng)組訓(xùn)。這層需求可轉(zhuǎn)換映射為成體系、成建制、成系統(tǒng)、低成本訓(xùn)練的需求。

3) 模擬訓(xùn)練需求基本內(nèi)容。通過細化總體需求，將3個層次內(nèi)容分解成4個方面的需求：基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)、專業(yè)科目引導(dǎo)學(xué)習(xí)與訓(xùn)練、虛擬操作訓(xùn)練(單機和組網(wǎng))和考核(含理論和操作2類，評估單獨考慮)。這層需求可轉(zhuǎn)換映射為理論、技能、虛擬訓(xùn)練和考核4個訓(xùn)練的需求。

4) 基本內(nèi)容細節(jié)需求。將模擬訓(xùn)練需求基本內(nèi)容進一步細化分解，如：基礎(chǔ)知識可覆蓋軍事通信基礎(chǔ)知識，以及數(shù)字化部隊通信裝備所涉及的新理念、概念、原理、結(jié)構(gòu)組成等。這層需求可轉(zhuǎn)換映射為原理、結(jié)構(gòu)、操作和科目等具體內(nèi)容的需求。

5) 功能模塊需求。分解出各功能模塊需求，確定各功能模塊之間的集成關(guān)系。這層需求可轉(zhuǎn)換映射為組件、各類Agent和數(shù)據(jù)庫等內(nèi)容的需求。

6) 技術(shù)需求。明確功能模塊細節(jié)要求，要求能到模型、代碼、數(shù)據(jù)、函數(shù)層面。這層需求可轉(zhuǎn)換映射為組件、各類Agent和數(shù)據(jù)庫等具體實現(xiàn)時要求的功能性能指標(biāo)。

3 模擬訓(xùn)練總體框架

對于指控通信子系統(tǒng)，主要有通信裝備、網(wǎng)絡(luò)裝備和信息裝備3大類裝備。而要開展成體系的模擬訓(xùn)練，重點是通信裝備。因此，戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練的核心部分就是各類虛擬電臺，其配置在模擬訓(xùn)練方艙中，電臺類型及數(shù)量由方艙所擔(dān)任的角色決定，提供技能訓(xùn)練支持、理論知識學(xué)習(xí)支持、協(xié)同訓(xùn)練支持(成建制、成規(guī)模)和訓(xùn)練考核支持等功能。虛擬電臺與半實物模擬電臺作為模擬訓(xùn)練中的人機交互設(shè)備，直接面對訓(xùn)練人員。

各類仿真電臺(含虛擬電臺與半實物模擬電臺)能根據(jù)需要動態(tài)組網(wǎng)，可以在局域網(wǎng)中模擬多個超短波網(wǎng)、短波網(wǎng)和寬帶數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)等。一般師旅級模擬訓(xùn)練系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)包括師、團指揮車及其他通信車輛，營指揮車和指揮坦克，以及連排指揮車和戰(zhàn)斗單車訓(xùn)練平臺，根據(jù)實際情況配置相應(yīng)的指控席位，每個席位配備模擬車通，使用的仿真電臺包括超短波、短波和寬帶數(shù)據(jù)電臺。各訓(xùn)練平臺分別接入控制信息網(wǎng)、數(shù)據(jù)及話音通信網(wǎng)。

某型通信裝備模擬訓(xùn)練平臺主要由仿真電臺(含虛擬電臺與半實物模擬電臺)、仿真訓(xùn)練、理論教學(xué)、技能訓(xùn)練、引導(dǎo)訓(xùn)練、考核評估、使用幫助、網(wǎng)絡(luò)通信、串口通信和維護/配置等子系統(tǒng)(功能)組成，其訓(xùn)練功能需求框架結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中，對于半實物模擬電臺，由于其固有原因，一些子系統(tǒng)/功能難以實現(xiàn)，如圖中虛線框所示。

圖2 某型通信裝備模擬訓(xùn)練功能需求框架結(jié)構(gòu)

除通信裝備模擬訓(xùn)練平臺軟件外，為模擬相應(yīng)的交互設(shè)備，需研發(fā)與之配套的硬件輸入、輸出模擬設(shè)備。它們自成體系，但通過硬件接口串口傳輸控制信息，通過音頻接口傳輸話音數(shù)據(jù)。

為降低成本，虛擬電臺應(yīng)盡量采用數(shù)量最少的計算機實現(xiàn)，因此，需要將多個虛擬電臺的運行管理、硬件調(diào)度、指揮數(shù)據(jù)及語音的輸入、輸出等工作統(tǒng)一管理，確保整個模擬訓(xùn)練的最終實現(xiàn)。

3.1 結(jié)構(gòu)選型

混合式MAS由多個集中式的子系統(tǒng)組成，并且各子系統(tǒng)之間呈現(xiàn)分布式結(jié)構(gòu)，對于復(fù)雜問題研究，此結(jié)構(gòu)綜合了集中式組織結(jié)構(gòu)和分布式組織結(jié)構(gòu)二者的優(yōu)點[15-16]，因此是一個方便有效的技術(shù)途徑。對于戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練，通過模擬訓(xùn)練需求分析建模進而設(shè)計出一個特殊的混合式MAS組織結(jié)構(gòu)——嵌套多智能體系統(tǒng)(Embedded Multi-Agent System，EMAS)。

依據(jù)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練需求分析建模，可以將理論學(xué)習(xí)、技能訓(xùn)練、各類通信裝備的仿真操作和操作考核以及理論考核設(shè)計成獨立的Agent，最后設(shè)計一個大的主服務(wù)框架Agent，最終構(gòu)成一種集成服務(wù)和代理的EMAS框架結(jié)構(gòu)。

成體系、成建制、成系統(tǒng)、低成本訓(xùn)練需求也賦予EMAS結(jié)構(gòu)新的含義，主要有以下2層含義。

1)嵌入式體現(xiàn)為虛實結(jié)合、硬軟結(jié)合，即真實裝備和仿真系統(tǒng)二者的融合，硬件設(shè)備與各類軟件Agent所組成的MAS也緊密融合，突破了仿真系統(tǒng)集成模式。同時，由于EMAS結(jié)構(gòu)的靈活性和擴展性好，半實物模擬器也可以方便快速地集成在一起，形成了半實物仿真、虛擬仿真和構(gòu)造仿真3種類型的集成平臺。由于虛實有機融合，還促使產(chǎn)生了新的研究和應(yīng)用方向，提高了仿真可信度。

2)嵌入式體現(xiàn)為各類Agent的集成形式，即不同類型的Agent既有形式上的嵌入，也有邏輯上的嵌入，充分體現(xiàn)了MAS的結(jié)構(gòu)特征，也符合軟件工程的低耦合、高聚合和模塊化等特征的要求。

3.2 EMAS結(jié)構(gòu)層次

從應(yīng)用層來看，戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)集成訓(xùn)練需要有4類功能，分別對應(yīng)各自的Agent，即：理論教學(xué)Agent(Theory Teach Agent，TTA)、技能教學(xué)Agent(Skill Teach Agent，STA)和考核評估Agent(Examine Estimate Agent，EEA)；而由于虛擬訓(xùn)練相對復(fù)雜，因此需要分成多個部分來共同實現(xiàn)，其中界面交互操作部分由通信裝備Agent(Communication Equipment Agent，CEA)來實現(xiàn)。由于戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)一般由短波、超短波、甚短波3類無線通信裝備組成，因此共有4類12種Agent來組成人機交互的應(yīng)用層。

從服務(wù)層來看，為保證應(yīng)用層中各類Agent的硬件無關(guān)性，把所有硬件問題，各類無線通信過程中的握手建鏈、通斷判別、音頻音效處理、操作沖突處理，以及電臺運行狀態(tài)管理等大量工作，通過構(gòu)建相應(yīng)的機制、算法和服務(wù)，然后集成為主框架Agent (Main Frame Agent，MFA)，以實現(xiàn)對應(yīng)用層的支持。

電磁環(huán)境模擬是戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)建模與仿真中必不可少的內(nèi)容，而影響戰(zhàn)場電磁環(huán)境的隨機性大、因素多，在戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)仿真運用時需要另行處理，可采取人為干預(yù)模式，即通過導(dǎo)調(diào)人為設(shè)置電磁環(huán)境參數(shù)，由各仿真節(jié)點自行解算，完成對電磁環(huán)境的模擬。因而將此過程中分布于各仿真節(jié)點的電磁環(huán)境解算單獨劃為一類，即將電磁解算Agent(Electromagnetic Resolving Agent，ERA)劃至服務(wù)層，嵌入MFA中一起并行工作，也進一步體現(xiàn)了EMAS的結(jié)構(gòu)特點。而在導(dǎo)控中心，通過人機交互界面發(fā)布電磁環(huán)境控制參數(shù)信息，這些參數(shù)由各節(jié)點中的ERA具體來完成解算。從工程實現(xiàn)層面上講，由于MFA直接管理所有硬件，ERA要實現(xiàn)對語音通話效果和指控數(shù)據(jù)通信效果的干預(yù)，也必須通過MFA才能得以實現(xiàn)。

本文重點研究核心組件和典型結(jié)構(gòu)，分別是服務(wù)層的MFA和ERA，以及應(yīng)用層中的代表CEA。

結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的模擬方艙對應(yīng)于指揮車輛，其EMAS的結(jié)構(gòu)層次及連接調(diào)用關(guān)系如圖3所示，其余車型相應(yīng)減少通信設(shè)備即可，層次結(jié)構(gòu)與之類似。需要說明的是，指揮車模擬方艙和戰(zhàn)斗平臺模擬方艙除了在硬件上有區(qū)別外，在EMAS和指控軟件等方面也有區(qū)別：前者一般由2個MFA完成全部功能；而后者一般由1個MFA完成全部功能。這樣處理便于靈活配置，以適應(yīng)不同訓(xùn)練的特殊需求。

此外，當(dāng)1個MFA進行必要配置后，也可以看作一個能為各類虛擬電臺提供模擬訓(xùn)練支持的操作平臺(由于層次結(jié)構(gòu)的開放性和擴展性，通過深入研究開發(fā)，集成為一個電臺虛擬訓(xùn)練操作系統(tǒng))；若站在訓(xùn)練人員的角度來看，直接操作的是通信裝備界面CEA，而后面的MFA及Windows等相當(dāng)于一個分布式電臺模擬訓(xùn)練操作系統(tǒng)。

圖3 指揮車輛EMAS結(jié)構(gòu)層次及連接調(diào)用關(guān)系

從圖3也可以看出：在整個EMAS層次結(jié)構(gòu)中，至少要包含底層的主服務(wù)框架、理論教學(xué)、技能訓(xùn)練、虛擬訓(xùn)練和考核評估這幾類Agent，才能實現(xiàn)對模擬訓(xùn)練的支持，確保結(jié)構(gòu)的完整性。

4 基于EMAS集成框架

如前所述，EMAS集成框架主要由6大類Agent組成，即TTA、STA、CEA、EEA、ERA和MFA，利用它們以及相應(yīng)硬件和配套設(shè)備，共同實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)模擬訓(xùn)練的理論學(xué)習(xí)、技能引導(dǎo)、虛擬訓(xùn)練和訓(xùn)練考核4個方面功能，如圖4所示。每個EMAS節(jié)點既有虛擬仿真，也有真實的裝備，既有硬件，又有軟件，硬件、軟件在形式和邏輯上既嵌套又功能相對獨立，滿足虛實融合、硬軟結(jié)合、多重嵌套的要求。

服務(wù)層中的ERA結(jié)構(gòu)和功能均相對特殊，不獨立運行，而是內(nèi)嵌于MFA中，在MFA的統(tǒng)一調(diào)度下工作，其結(jié)構(gòu)比CEA結(jié)構(gòu)簡單，其原因在于：ERA只從環(huán)境中接收信息，而不發(fā)布任何信息到環(huán)境中，其動作響應(yīng)直接作用于對應(yīng)的硬件，即聲卡，并將影響指控數(shù)據(jù)通信效果，即最終影響到串口指控數(shù)據(jù)的收發(fā)。

圖4 EMAS集成框架

4.1 MFA結(jié)構(gòu)模型

4.1.1 功能與任務(wù)

1) 負責(zé)所有虛擬CEA的網(wǎng)絡(luò)交互。具體包括：語音和數(shù)據(jù)通信、建鏈等功能的具體實現(xiàn)；發(fā)布訂購信息，由于CEA需要訂購?fù)怉gent狀態(tài)信息，也即將網(wǎng)絡(luò)中所有CEA中同類Agent的工作狀態(tài)有選擇地反饋發(fā)布信息給訂購者。

2) 負責(zé)硬件和軟件調(diào)度及沖突處理，事件處理及沖突協(xié)調(diào)。

3) 負責(zé)所有嵌入式Agent和掛載式Agent的運行管理、生命周期管理和對應(yīng)資源控制等工作，處理異常事件。

4.1.2 框架結(jié)構(gòu)

MFA采集的動態(tài)信息可分為2類：1)正常的動態(tài)信息，包括通信裝備的工作狀態(tài)、語音指揮和數(shù)據(jù)指揮的動態(tài)信息等，當(dāng)MFA接收到該類動態(tài)信息之后，只需要作出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)，如在同步狀態(tài)下電臺更改工作參數(shù)時，只需通知MFA修改對應(yīng)電臺映射狀態(tài)信息即可；2)異常的動態(tài)信息，包括虛擬電臺故障、操作違規(guī)和硬件環(huán)境變化等信息，當(dāng)MFA接收到這些異常信息后，就會有針對性地在原計劃的基礎(chǔ)上進行新的規(guī)劃(如中止對應(yīng)電臺的數(shù)據(jù)傳輸、運行異常退出的電臺建鏈、中斷相應(yīng)的硬件操作響應(yīng)等)以及重新調(diào)整映射信息。

對于正常動態(tài)信息，各MFA自行處理，不需要與其他MFA通信協(xié)商；而對于異常動態(tài)信息，需要與其他MFA協(xié)商處理，防止產(chǎn)生錯誤。根據(jù)MFA對動態(tài)信息的不同處理，可設(shè)計一個4層垂直型層次結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 MFA混合型層次結(jié)構(gòu)

圖5中MFA層次結(jié)構(gòu)將知識庫劃分成3個子庫，其中：靜態(tài)知識庫采取數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)庫形式，用于保存各MFA工作運行參數(shù)等靜態(tài)數(shù)據(jù)；動態(tài)知識庫采取內(nèi)存數(shù)據(jù)庫或內(nèi)存變量形式，可保證工作運行時動態(tài)數(shù)據(jù)的快速存儲和查詢匹配；規(guī)劃知識庫作為程序模型形式存在，主要存儲相應(yīng)推理規(guī)則和策略。圖5中虛線框內(nèi)為核心部件，用于處理調(diào)度、協(xié)商和沖突，尤其是處理硬件和軟件集成運轉(zhuǎn)、人員操作、異常等工作，確保MFA的正常運行。

為避免慎思型Agent中耗時的推理過程，規(guī)劃知識庫中以IF-THEN形式存放各類規(guī)則知識，利用數(shù)據(jù)和事件驅(qū)動規(guī)則進行推理。

圖5中局部反應(yīng)層的主要作用是：根據(jù)MFA知識庫中的知識和推理規(guī)則，采取相應(yīng)的動作或反應(yīng)。若接收到的數(shù)據(jù)是正常信息，則MFA單獨采取相應(yīng)動作；若是異常信息，則MFA根據(jù)規(guī)劃知識庫中的預(yù)案作出相應(yīng)調(diào)整，然后將調(diào)整辦法交由局部調(diào)整層進行后續(xù)處理。MFA的工作機理如下。

1) 感知和接收外界環(huán)境及系統(tǒng)運行信息，實時更新相應(yīng)知識庫中的信息。

2) 針對動態(tài)信息，采取數(shù)據(jù)和事件驅(qū)動局部反應(yīng)層。對于正常動態(tài)信息，MFA根據(jù)知識庫中的知識和規(guī)則，由該模塊執(zhí)行相應(yīng)動作；對于異常的動態(tài)信息，如用戶中止、軟件異常退出等，先選擇預(yù)案執(zhí)行并轉(zhuǎn)交至局部調(diào)整層進行后續(xù)處理。

3) 完成局部規(guī)劃后，由MFA沖突檢測層進行沖突判斷，若存在，如調(diào)度沖突等，則由協(xié)調(diào)協(xié)作層作進一步處理。

4) 協(xié)調(diào)協(xié)作層主要負責(zé)與其他MFA協(xié)商解決上一步驟中的沖突，通過協(xié)商作出最終反應(yīng)；否則，按異常信息進行處理，以免影響主服務(wù)框架MFA的正常運行。

5) 局部反應(yīng)層利用產(chǎn)生式規(guī)則和數(shù)據(jù)驅(qū)動方式進行推理分析，重新確定MFA、CEA等Agent的運行狀態(tài)。

4.2 CEA結(jié)構(gòu)模型

與MFA結(jié)構(gòu)相比，各類CEA基本沒有太多的規(guī)劃需求，故由CEA完成人機交互操作，同時向MFA訂購相應(yīng)的服務(wù)并產(chǎn)生動作響應(yīng)。因此，對于操作事件和響應(yīng)服務(wù)，CEA的動作完全基于行為，故CEA選取反應(yīng)型結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖6 CEA反應(yīng)型結(jié)構(gòu)

CEA反應(yīng)型結(jié)構(gòu)也包括3個知識庫、動作和通信層，其中：靜態(tài)知識庫存儲通信裝備的性能參數(shù)等靜態(tài)信息；動態(tài)知識庫存儲通信裝備的工作參數(shù)、工作狀態(tài)等動態(tài)信息；規(guī)劃知識庫存儲相應(yīng)通信裝備的通信推理規(guī)則。不同于MFA的是，CEA的規(guī)劃知識庫只存儲相應(yīng)類型通信裝備的通信推理規(guī)則，主要是響應(yīng)用戶操作和通信裝備工作時的那些條件-動作規(guī)則。

其中的推理器作為CEA的核心部件，主要工作是根據(jù)3個知識庫中的知識，利用產(chǎn)生式規(guī)則作出相應(yīng)的動作反應(yīng)。CEA的工作機理如下：

1) 感知整個外界環(huán)境同類電臺工作信息，并將動態(tài)信息實時融合到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫中，也即實時更新動態(tài)知識庫；

2) 推理器根據(jù)動態(tài)信息，在規(guī)劃庫中查找并執(zhí)行相應(yīng)的動作；

3) CEA通過通信層，即各類CEA對應(yīng)的通信DLL，來實現(xiàn)與底層的MFA進行通信，完成感知和動作。

4.3 ERA結(jié)構(gòu)模型

為了在戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)訓(xùn)練過程中實現(xiàn)電磁環(huán)境的簡化模擬，需在導(dǎo)控中心的協(xié)調(diào)控制下由各個仿真節(jié)點完成電磁環(huán)境解算。因此，ERA基本沒有規(guī)劃需求，也不將動作影響到整個MAS環(huán)境。但是ERA動作主要影響語音通話效果和指控數(shù)據(jù)通信效果，需要通知到MFA，也即ERA的動作由對應(yīng)的父級MFA最終作用于相應(yīng)的硬件上和控制數(shù)據(jù)通斷。

設(shè)計時，ERA主要是向MFA訂購相應(yīng)的服務(wù)并產(chǎn)生動作響應(yīng)，它的動作完全基于行為，因此ERA的結(jié)構(gòu)也選取反應(yīng)型結(jié)構(gòu)，與圖6類似。

雖然ERA結(jié)構(gòu)與CEA結(jié)構(gòu)基本一致，但ERA不對環(huán)境產(chǎn)生作用，ERA的規(guī)劃知識庫只存儲相應(yīng)類型通信效果的推理規(guī)則。ERA的工作機理如下：

1) 接收父級MFA所轉(zhuǎn)發(fā)的信息，將其存入內(nèi)存變量，實時更新動態(tài)知識庫；

2) 依據(jù)接收的動態(tài)信息，啟動推理器選擇電磁解算模型算法，也即在規(guī)劃知識庫中進行查詢，若找到相應(yīng)的動作，則執(zhí)行；

3) ERA由函數(shù)接口和消息組成通信模塊，完成與環(huán)境的通信。

5 基于EMAS建模特征

由于MAS本身是一種自下而上研究復(fù)雜系統(tǒng)的有效方法，描述目標(biāo)復(fù)雜系統(tǒng)的自然層次性好，有機結(jié)合了系統(tǒng)的宏觀和微觀行為，彌補了還原論與整體論的缺陷，建模重點在于研究相互作用與關(guān)系，適合于分布計算，模型重用性好，因此，在此基礎(chǔ)上的EMAS更突出虛實融合、硬軟結(jié)合和形式邏輯上的多重嵌入嵌套，以及低耦合、高聚合、模塊化等特征。

作為一個通用集成框架，EMAS具備良好開放性，可靈活拓展、修改，也可動態(tài)加入、退出，為不同的數(shù)字化部隊?wèi)?zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)建模與仿真做了一個頂層設(shè)計，提供了一個通用的技術(shù)思路。

通過軍事需求建模技術(shù)自上而下對戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)訓(xùn)練需求進行分析分解與建模，然后通過EMAS自下而上綜合集成為一個模擬訓(xùn)練原型系統(tǒng)，形成了一個“U”型的建模與仿真流程，如圖7所示，也可以拓展至整個指揮信息系統(tǒng)的建模與仿真。

圖7 “U”型建模與仿真流程

6 結(jié)論

針對師旅級數(shù)字化部隊?wèi)?zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的模擬訓(xùn)練需求，通過借鑒MAS、軟件工程等理論方法的基本思想，經(jīng)過軍事需求分析和概念建模，結(jié)合工程實際與系統(tǒng)應(yīng)用，提出了基于EMAS的通用集成框架，

體現(xiàn)了虛實融合、硬軟結(jié)合、形式邏輯上的多重嵌套，有效解決了基層部隊成體系、成建制、成系統(tǒng)、低成本地開展戰(zhàn)術(shù)通信模擬訓(xùn)練的難題，通用框架與技術(shù)思路可擴展至基于信息系統(tǒng)的體系模擬訓(xùn)練。

下一步，將深入研究EMAS框架中所涉及的核心服務(wù)、機制算法和應(yīng)用實現(xiàn)等內(nèi)容，以及電磁環(huán)境模擬、訓(xùn)練效果評估等問題，進一步提升模擬訓(xùn)練效果。

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(責(zé)任編輯:尚彩娟)

Research on Tactics Communication Simulation Training Framework Based on Embedded MAS

HUANG Yi-bin1, ZHONG Hai-bo2

(1. Brigade of Equipment Trial and Training, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China；2. Department of Science Research, Academy of Armored Force Engineering, Beijing 100072, China)

For effectively solving the difficulty of each basic digital forces in tactics communication simulation training, and realizing the general target of systematic in training model, training scale, training equipment’s scope and low cost, the Embedded Multi-Agent System(EMAS) framework is promoted through military requirements modeling and enhancement design of MAS. As a common integration framework, EMAS meets the four needs of basic forces training with characteristic such as blending vitality and reality, combining hardware and software, multi-embedding and wedging in form and logic, and low coupling, high aggregation, modularization. Meanwhile, the framework provides good extension, and it is convenient to modularization design, system development, debugging and integration. EMAS based on military requirement modeling could effectively support tactical communication system training as well as military command information system training.

Embedded Multi-Agent System (EMAS); military requirements modeling; common integration framework

1672-1497(2015)02-0085-07

2014-12-20

軍隊科研計劃項目

黃一斌(1975-)，男，工程師，博士研究生。

TP391.9

A

10.3969/j.issn.1672-1497.2015.02.017