多Agent分布式海洋空间数据集成框架及任务分配机制研究

摘要

随着全球信息化时代的到来,信息技术为人类全面准确而深入地认识和了解海洋提供了可行的技术支撑,一定程度上提高了海洋空间数据的应用需求,但技术手段的多样及数据量的不断壮大给海洋空间数据集成带来了极大的挑战。一方面,不同部门的海洋地理信息系统造成了海洋数据在时空、语义等方面的多源异构性,给数据共享集成带来困难;另一方面,海洋空间数据复杂而专业的处理方式,需要集成处理具有自动化、智能性及可扩展性。因此,需要实现一种适应于“数字海洋”的空间数据集成体系,使其能够在提升海洋空间数据集成效率的基础上,加快海洋信息更新速度、降低海洋数据产品生产成本、提高海洋数据质量、为海洋相关研究提供支持,从而提高“数字海洋”的整体应用水平,是实现我国海洋领域信息化、智能化的关键。
　　然而,国内外对于海洋空间数据集成技术的研究主要是针对各海洋领域数据特点或者自身应用需求进行的,且多数研究对于集成处理过程中的自动化、智能化和可扩展性考虑不足,并多注重最终的集成效果,而很少考虑集成过程中的效率问题。同时,在国外研究中发现,影响空间数据集成效率的关键问题是在空间数据查询选择,即集成任务分配过程中。因此,如何快速有效地从海量分布式数据中寻找到合适的海洋空间数据进行相应的集成处理,也成为分布式海洋空间数据集成中的一个亟待解决的问题。
　　针对这些问题,本文将多 Agent技术引入,对海洋空间数据集成框架及其中的任务分配机制进行了相应的研究。具体工作主要包含以下几个方面:
　　1)构建了基于多 Agent的分布式海洋空间数据集成体系框架
　　通过对海洋空间数据集成过程分析,本文利用多 Agent技术的分布式计算机及协作能力,构建了基于MAS的分布式海洋空间数据集成体系框架。在该体系框架中,以任务分配为核心,遵循规范标准,对数据节点中的数据资料进行相应的查询选择,最终确定任务分配方案并发布给相应数据节点。而各海洋数据节点,即海洋数据存储的相关部门,按照任务通知书规定,根据本地资源情况自主完成其内部的数据预处理工作,解决了大量数据集中处理造成的阻塞问题,提高了集成效率。该体系包含4类计算 Agent,通过其相互之间的协同合作完成整个海洋空间数据集成处理。
　　2)设计了分布式海洋空间数据集成任务分配机制
　　任务分配问题是分布式海洋空间数据集成中的核心,其作为影响集成效率的关键环节,包含了初始任务分析、分解、数据节点选择等问题。在研究任务分配问题的过程中,本文利用海洋空间数据的分布式区域管理特点,改进 Davis和Smith的传统合同网协议的广播式招标方式,并在其中加入时间粒度、空间尺度等因素设计了一种分布式海洋空间数据集成任务分配机制。通过仿真实验,与传统合同网协议在会话次数及耗时上进行比较分析,验证了该机制的有效性。
　　3)构建了基于多 Agent的海洋空间数据集成原型系统
　　本文提出了基于多 Agent的海洋空间数据集成原型系统的总体结构和技术体系架构。在总体结构中,对原型系统进行了整体化的描述,介绍了其各主要模块的功能。在技术体系中,介绍了实现海洋空间数据集成原型系统的各类相关技术。最后,描述了在 JADE平台下,如何实现各类计算 Agent的创建及其通信机制,并在某海区的风暴潮辅助决策系统中进行应用仿真,对其构建过程及成果界面进行相应的展示说明。

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第一章 引 言

1.1 研究背景

1.2 研究意义和目标

1.3 空间数据集成技术研究现状

1.4 论文研究内容及结构

第二章 MAS 与海洋空间数据集成

2.1 MAS 概念的引入

2.2 面向海洋空间数据集成的 MAS

2.3 本章小结

第三章多 Agent 分布式海洋空间数据集成框架

3.1 分布式海洋空间数据集成过程分析

3.2 基于 MAS 的分布式海洋空间数据集成框架

3.3 本章小结

第四章 分布式海洋空间数据集成任务分配机制

4.1 分布式海洋空间数据集成中的任务分配

4.2 基于多 Agent 协商的任务分配机制

4.3 本章小结

第五章 原型系统的设计与应用

5.1 系统总体结构设计

5.2 系统技术体系框架设计

5.3 各类功能 Agent 设计

5.4 系统实现与应用

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 研究总结

6.2 研究展望

参考文献

致谢

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