基于多智能体技术的广域分布式集成软总线实现方法.docx

基于多智能体技术的广域分布式集成软总线实现方法专利名称：：基于多智能体技术的广域分布式集成软总线实现方法技术领域：：本发明涉及一种支持广域的通用分布式系统平台的实现方法，可应用于工业自动化综合监控和电力系统调度自动化领域，特别是具有功能分布、地域分散性质的大规模自动化系统背景技术：：自动化系统主要包括各种规模的厂站级自动化系统、集控中心级监控系统和各级调度自动化系统同一专业内的自动化系统监控对象基本一致、采集的数据对象基本相同、专业模型相近但长期以来，这些自动化系统一直在独立发展，各级自动化系统之间只能通过通信规约进行SCADA数据的交换，缺乏设备对象、模型数据、图形数据和运行操作等信息的同步与信息交换方案，造成厂站级和控制中心级自动化系统信息沟通不畅各种资源虽然冗余，但数据格式不一致，无法提供共享和互备大、中型综合自动化系统的建设，控制中心与变电站自动化系统一般为同一厂家，操作和维护为同一部门负责，但数据建设依然重复，系统之间数据维护繁琐、工作量大以及系统间操作信息不共享、安全管理不达标，经常造成项目建设周期延长，硬件投资加大目前厂站级自动化系统朝着数字化、无人值守化、信息综合化方向发展，需要从各个方面来适应这种形式的发展，如何进一步提高自动化系统的集成化和信息化程度，迫切需要通过一套新的平台设计方案来适应该形式。

本发明提出了一种基于多智能体技术、支持广域多源的通用分布式总线运行方法通过厂站级通信软总线和智能网关，在依然保持厂站系统和中心系统独立性的同时，解决了厂站子系统和中心主系统之间的一体化建库和信息共享互操作，提供了多中心冗余控制和数据分散存储等方案，提高了系统运行和维护的冗余度本发明不仅适用于商用操作系统(windows/unix)，还适用于多种嵌入式操作系统(winCE/Linux)对变电一集控一体化建设的电力自动化项目、大型厂矿企业的输变电管理、大、中型涉及多专业的轨道交通综合监控系统的基础软件支撑平台的开发尤其适用发明内容本发明提出了一种基于多智能体技术、支持广域多源自动化系统的数据集成软总线实现方法，该方法为具有自治域性质的智能体子系统内部以及智能体子系统之间的数据通信提供了一个完整的思路智能体子系统在自治域内是一个完整的自动化系统，所有的智能体子系统又组成了一个更大、更完整的一体化综合自动化系统这种既独立又相互联系的运行方式使得自动化系统具有了功能分布、数据既分散又集中的特性多智能体技术是指由多个智能体组成的系统，多个智能体成员之间相互协调、相互服务、共同完成一个任务智能体成员之间为"松耦合"关系，通过消息传输信息，智能体之间的协调须通过通信机制实现，即每个智能体都必须具有通信功能。

由于每个智能体所拥有的知识、计算资源和其他条件约束，无法独立满足完成恰当的行为，各智能体之间须相互协作、相互操作，才能发挥出单个智能体无法达到的功能和作用本发明中的智能体概念，从系统设计的角度来看分别是厂站子系统和控制中心系统，每个厂站子系统是一个完整的监控系统，拥有独立的数据启动源，完成本站相关的数据模型、图形资源、完成站内数据采集、处理和分析；控制中心系统拥有独立的数据启动源，它直接使用各厂站子系统相关成熟资源，接收已处理过的SCADA数据进行实时同步，控制中心可以直接进行厂站级的操作，但更侧重于站间的协调控制操作；相关厂站子系统之间也会实时交换数据，为站内进行完整的逻辑分析提供实时数据基础，所有的智能体子系统实际上构成了一个具有广域、互联性质的综合自动化系统基于本发明的描述而实现的支持广域多源的分布式系统运行环境已经投入实际应用本发明的实现方法描述如下数据集成软总线提出了集成软总线层次模型首先需要对复杂多样的通信进行抽象整理，将复杂的通信结构抽象成独立的使用构件，通过构件之间简单的组合搭配，可以实现各种各样的通信实现数据集成软总线构建了以通信适配管理器为容器、通信适配器为基本功能的通信层次模型通信适配器可管理多个虚拟子网，每个虚拟子网由多个虚拟通信设备组成，虚拟通信设备由接收字节流缓冲区、发送字节流缓冲区、通信接入点组成。

通信接入点支持以太网、通用串行接口等多种形式的通信物理介质形成的网络，在本发明中，将复杂的通信底层实现进行了抽象，设计了多种类型的虚拟通信设备>网络监听器(Listener)>连接器(Connector)>主动可靠连接(Act—Tcp一)>被动可靠连接(Pass_Tcp)>多播通信(Mudp)>广播通信(Blidp)>单播通信(Sudp)>串行通信(Serial)>管道通信(Pipe)>共享内存IPC通信(Shm—Ipc)>互斥量IPC通信(Mutex—Ipc)每种虚拟通信设备将按照标准的POSIX的I/O设备定义相应的虚拟设备驱动接口函数，所有的设备驱动接口函数都设计成可重入函数，以独立的设备驱动函数接口表实例的形式存在，所有的虚拟通信设备按照设备类型动态关联相应的设备驱动函数接口表项节省了内存资源，并提高了虚拟设备的灵活性通信适配器实现了通信模型的基本功能，目前分为两种大类型网络型通信适配器，本地型通信适配器通过上述通信模型，数据集成软总线完全屏蔽了多种通信物理介质和通信方式，通过统一的通信接口，提供了线程内、进程内、节点内、局域网和广域网的通信对于目前大多数的应用，都可通过本通信模型中找到合适的解决方案。

在此之上，数据集成软总线提供了自定义的包括同步和异步通信方式的点对点、组播、请求一响应、请求一同步等通信方式服务/代理(Service/Agent)模型是数据集成软总线在通信模型之上构建的"即插即用"型智能接口，是数据集成软总线支撑分布式系统的模型基础通用服务/代理(Service/Agent)模型为层次型设计，每个数据集成软总线包括一个通用服务管理器，通用服务管理器下面包括多个应用服务群组，应用服务群组下面包括通用服务/代理(Service/Agent)类接口服务/代理(Service/Agent)接口实际上包括两个类(Class)，服务(Service)类提供具体的实现功能，代理(Agent)类作为对应服务(Service)实现功能的访问接口，通过代理(Agent)类可以实现服务(Service)提供功能的透明访问，而不用关心服务(Service)实例运行在什么地方服务/代理(Service/Agent)拥有独立的处理线程或任务，可根据情况配置是否使用，可以通过调整线程/任务优先级来实现服务/代理(Service/Agent)之间的运行优先顺序服务/代理(Service/Agent)模型通过通用服务管理器和通信适配管理器实现了系统内部各个服务/代理(Service/Agent)之间的信息通知和事件触发。

实际上，服务/代理(Service/Agent)是数据集成软总线在软件实现方面的多智能体它具有多智能体的基本特性自治性、社会性、反应性和能动性为保证服务/代理(Service/Agent)实例在广域软总线运行环境中始终保持唯一，采用了一个五元组标识号(子系统ID，节点ID，进程ID，群组ID，服务类型ID);服务/代理(Service/Agent)实例和通信适配器之间为动态型关联，服务/代理(Service/Agent)不关心接收到的信息从哪个通信适配器过来，通信适配器也不关心通过的数据是到哪个服务/代理(Service/Agent)实例的它们之间的关联可以实现配置和更改，提高了数据集成软总线的灵活性和效率数据集成软总线提供了独立的一个运行框架容器，该容器包括通信适配管理器、通用服务管理器、核心服务所使用的共享内存区、节点管理服务、进程管理服务以及模式切换处理服务以上描述组成了集成软总线层次型模型为了实现对广域多源自动化系统的支持，需要对上述集成软总线进行扩展，下面将描述实现方法根据通信适配器的实现模型，将几个虚拟通信设备组成一个网关通信适配器，运行在一个独立任务(智能网关代理(ProxyServer))中。

它是一种从应用角度考虑的大构件接口，运行在每个智能体子系统的接口节点中，通过智能网关代理(ProxyServer)进行智能体子系统之间的数据通信，所有智能体子系统全部采用相同的数据格式，解决了智能体系统之间模型数据、SCADA数据、图形数据和运行操作数据的同步更新智能网关(ProxyServer)之间采用外网协同工作模式，保证智能体子系统内部的通信信息不会发布到主干网上除上述特征实现步骤外，还应包括如下特征1)网络服务器NetServer进程作为数据集成软总线的实际载体，在一个智能体子系统内部的每个节点上运行，提供了服务/代理(Service/Agent)之间、进程任务之间、节点之间的通信渠道2)网关服务器ProxyServer进程作为实现多智能体的广域分布方案的实际运行载体，在每个智能体子系统的接口节点上运行，提供了智能体子系统之间的通信通道3)为保证厂站数据子集与中心数据全集的成功合并和分解，系统内任何地方、任何时间产生的数据ID必须保证唯一，数据ID是一个64位或两个32位的无符号整数组成，分三部分子系统号(8位)+专业号(4位)+序列号(52位)ID产生规则如下任何ID都从属于一个智能体子系统，无论这个ID在哪里产生，都必须按照该数据的所表示的实际子系统属性添加子系统号；比如，在中心站系统的节点上产生A站的数据，那么相关ID将按照A站子系统号产生，而不能是中心站系统的ID。

根据该种规则建立的ID，附属有子系统号，容易进行数据的识别和管理4)在数据软总线中实现了高、低优先数据通道，数据优先级分类，保证高优先级数7据优先处理、优先通过的方法5)在大数据量的情况下，数据软总线根据流量实现的自适应内存缓冲区管理(按块block=8K和块集(blockset)分配/复用)该实现方法是首先设定一个内存区参数，在系统流量增大不够用时，按照一个内存块(block)进行分配，并实现所有内存缓冲区的复用和管理，在流量下降后，根据时间和一段时间的流量统计，给该虚拟通信设备确定一个合适的内存缓冲区，并将该参数记忆下来因此，本发明支持流量自动调优功能，使流量不确定的系统可以自适应调整收发缓冲区到最优尺寸下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明图1是数据软总线通信模型；图2是数据软总线逻辑组成模型；图3是服务代理通信逻辑具体实施例方式图1显示的是支持广域的分布式数据集成软总线层次型通信模型，图2显示的是软总线通信模型中各个组成部分的逻辑模型软总线资源(SoftBusResource)作为层次型通信模型的根，提供了一个数据软总线所需要的各种资源管理通信适配管理器、通用服务管理器、核心数据共享内存区。

通信适配管理器(AdapterManager)提供了与远程节点以及本地进程之间的数据通信访问接口，通过内部通信协议栈，接收各种通信适配器(多个网络通信适配器、系统通信适配器)实例传输过来的数据，根据目标地址的五元组标识号(子系统ID，节点ID，进程ID，群组ID，服务类型ID)，来区分是转发到系统通信适配器(其他进程)还是通用服务管理器(本进程内)一个通信适配器(commAdpater)可以提供了一部分分布式系统通信解决方案，在以太网类型的通信适配器实例中，对外提供一个端口(Port)参数；其他类型的通信适配器实例中，提供一个名称实例(类似/mutex，/pipe/p1，/com1等)参数通信适配器由多个本地进程或远方节点等类型的虚拟子网组成，是实现分布式总线的通信构件基础按照实现的功能不同，目前通信适配器分为三类>网络通信适配器(NetAdapter)，构成了分布式网络通信系统基础，在以太网的网络通信环境中，每个网络通信适配器(NetAdapter)包含一个端口(Port)，提供了节点之间的TCP可靠连接、MUDP组播通信或两者同时提供>系统通信适配器(SysAdapter)，提供了进程或任务之间的通信，与网络通信适配器配合，构成了分布式系统中透明进程之间的通信。