基于Agent的智能监控系统开发

第７卷第８期２００７年４月　１６７１—１８１９（２００７）０８—１８０６－０４　科学技术与工程　＠Ｖｏ１．７　Ｎｏ．８　Ａｐｒ．２００７　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　２００７　Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｎｇ．　基于Ａｇｅｎｔ的智能监控系统开发　黄金莲　（天津大学计算机科学与技术学院，天津３０００７２；徐州机电工程学校，徐州２２１１３１）　摘要通过对Ａｇｅｎｔ技术的研究，设计了一个基于Ａｇｅｎｔ的计算机串口与感应器的监控系统模型；又设计了利用ＣＯＭＭ控　件实现数据的传输与读取，以及实现感应器的控制。结合面向对象的方法和多线程技术，设计出自适应性力强的执行模块　Ａｇｅｎｔ，以及数据实时通信速度快的可扩展通信Ａｇｅｎｔ，提高了系统的自主行为和对环境的自适应性，为系统的实际运行解决了　技术障碍。　关键词Ａｇｅｎｔ　体系结构　串口通信　适应性　中图法分类号３３ｒ３９３．０２；　文献标识码Ｂ　Ａｇｅｎｔ技术在基于网络的分布计算这一领域中，　和内部状态，以及如何将这些模块用软件和硬件组　正发挥着越来越重要的作用。一方面，Ａｇｅｎｔ技术为　合起来形成一个有机的整体，真正实现主体。　解决新的分布式应用问题提供了有效途径；另一方　在分布计算领域，人们通常把在分布式系统中　面，Ａｇｅｎｔ技术为全面准确地研究分布计算系统的特　持续自主发挥作用的、具有以下特征的、活着的计算　点提供了合理的概念模型。Ａｇｅｎｔ是实际系统的某种　实体称为Ａｇｅｎｔ。　抽象，它能够在一定的环境中为满足其设计目标，而　（１）自主性：Ａｇｅｎｔ具有属于其自身的计算资　采取一定的自主行为。Ａｇｅｎｔ的行为总是为了实现它　源和局限于自身的行为控制机制，能够在没有外界　的目标，且尽可能地完成其他Ａｇｅｎｔ的请求。　直接操纵的情况下，根据其内部状态和感知到的环　作为一个新的方，Ａｇｅｎｔ技术已经广泛应用　境信息，决定和控制自身的行为。　于计算机科学、模糊控制、生产分散化控制等领域，目　（２）交互性：Ａｇｅｎｔ能够与其他Ａｇｅｎｔ通过　前通过Ａｇｅｎｔ技术已经可以处理非常复杂的问题。　Ａｇｅｎｔ通信语言实施灵活多样的交互，能够有效地　本文将Ａｇｅｎｔ技术应用于智能监控领域，以设计与开　与其他Ａｇｅｎｔ协同工作。　发智能化监控的分布式Ａｇｅｎｔ系统为主要研究目标。　（３）反应性：Ａｇｅｎｔ能够感知所处的环境，并对　重点研究了基于Ａｇｅｎｔ理论的监控系统模型、组织活　相关事件做出适时反应。　动，以及监控系统中数据的实时传输技术。为实际应　（４）主动性：Ａｇｅｎｔ能够遵循承诺采取主动行　用系统的研制开发提供了理论指导和方法依据。　动，表现出面向目标的行为。　具有上述特性的计算实体可以是类Ｕｎｉｘ进程　１　Ａｇｅｎｔ技术　（或线程）、计算机系统、仿真器、机器人。　目前Ａｇｅｎｔ的结构主要有：慎思型Ａｇｅｎｔ、反应　Ａｇｅｎｔ系统作为—个高度开放的智能系统，其结构　型Ａｇｅｎｔ和混合型Ａｇｅｎｔ。其中混合型Ａｇｅｎｔ又可　的设计将直接影响到系统的智能与性能。Ａｇｅｎｔ结构　以分为：基于经典逻辑的混合型Ａｇｅｎｔ和基于决策　需要解决的主要问题是Ａｇｅｎｔ由哪些模块组成，它们之　理论的混合型Ａｇｅｎｔ。　间如何交互信息，Ａｇｅｎｔ感知到的信息如何影响它行为　２系统体系结构设计　２００６年１１月２４日收到　作者简介：黄金莲（１９６８一），女，安徽太湖人，天津大学硕士生，高　级讲师，研究方向：嵌入式系统。　由于Ａｇｅｎｔ的远程分布数据处理能力，采用基　维普资讯 http://www.cqvip.com

８期　黄金莲：基于Ａｇｅｎｔ的智能监控系统开发　１８０７　于Ａｇｅｎｔ的远程数据采集与传输方式，不仅避免了　监控系统数据流量较大时，远程监控主机负荷较重　在每个智能监控点安放了多种智能感应器，通　过各感应器来实时获取监控点的数据，并通过ＲＴＳ　信号数据线传输给计算机。由于ＲＳ－４８５接口可以　在路传输中实现多个发送器和多个接收器公用一条　线路，而且它的抗干扰能力强，数据传送速度快，因　而各个数据采集点与计算机间用总线式网络结构，　采用ＲＳ一４８５接口，以问答方式进行数据通信。在　进行通信时，用来控制平台的计算机向各数据采集　的问题，提高了系统的实时性和可靠性；更关键的是　减少了远程监控主机与各监控点间频繁的数据交　换，避免了网络延时带来的监控延时，降低了应用对　网络连接的带宽及可靠性和稳定性的要求，提高了　系统的远程时实交互性及运行的稳定性。　整个智能监控系统由管理Ａｇｅｎｔ模块进行协　调，系统中的各个Ａｇｅｎｔ模块根据实际情况，采用不　同的结构模型，如通信Ａｇｅｎｔ负责从各监控点的传　感器采集监控过程的各种实时信息，并转化成统一　的数据格式存人实时数据文件，当系统需要使用和　分析这些数据时，通信Ａｇｅｎｔ从实时数据文件中取　出数据，因此，该模块在实际开发采用了基于经典逻　辑的混合型Ａｇｅｎｔ表示。决策推理Ａｇｅｎｔ则比较复　杂，本身应有感知机和与其他Ａｇｅｎｔ的通信机制，还　应该有信息处理器、推理机、规则集和知识库，当交　互Ａｇｅｎｔ从用户取得指令并向管理Ａｇｅｎｔ发出信息　后，决策推理Ａｇｅｎｔ根据自身的知识库和规则集，判　断出调用哪种或多种功能服务和需要哪些数据，并从　实时数据文件中取得所需数据，传送给执行模块，最　后还要把功能执行的结果返回给交互Ａｇｅｎｔ。因此，　这部分的开发可以采用基于决策理论的Ａｇｅｎｔ表示；　事件监视Ａｇｅｎｔ感知系统环境，接受管理Ａｇｅｎｔ发出　的信息，然后查找自己的知识库和规则集，对该信息　做出正确的决策，采取相应的行动，因此该模块采用　基于决策理论的Ａｇｅｎｔ表示。系统架构如图１所示。　监控系统平台　｝　管理Ａｇｅｎｔ　ｌ决策推理Ａｇｅｎｔ　ｉＩＩ＂￣Ａｇｅｎｔ　Ｉ　｛　事件监视Ａｇｅｎｔ　执行模块Ａｇｅｎｔ　ｆ　Ｉ　｛ｔ　●　●　ｌ　ｌ　…　ｌ　ｌ　图１监控系统架构　点发送数据采集命令，然后各监控点的感应器将采　集的数据传输给数据采集卡，再由数据采集卡将接　的数据传输给计算机。　系统向感应器发送的命令有两种：第一种是周　期性的数据采集命令，它由管理Ａｇｅｎｔ中的定时器　来完成，通过定时器来完成各点的数据实时采集。　第二种是非周期性的，它是由操作员人为干预的。　如操作员想了解某一特定监控点内的情况时，就可　以进行此种操作。　３系统设计思路与核心模块设计　面向对象方法（Ｏ０方法）是目前软件设计的一　种。作为一种认识事物的新方法，面向对象是将问　题空间解的概念模拟人类的自然思维，直接映射到　软件的解空间，从而使人们分析问题、求解问题过程　与软件开发过程保持一致。Ｏ０把系统看作一个通　过对象相互影响的集合体，它的每个对象都有行为，　通过这些行为（方法）实现类对象之间的交互。Ｏ０　方法包括封装性、继承陛、多态性等特点，这些特点使　面向对象方法具有良好的应用前景。由于面向对象　思想的诸多优势，使面向对象的技术在软件领域得到　迅速的发展，目前面向对象思想贯穿软件的分析、设　计、测试等各个环节。在监控系统领域，很多监控对　象同样具有面向对象技术中的“对象”属性。因此，本　系统的设计思想采用了面向对象的软件开发方法。　系统核心模块的设计是整个系统成功的关键，而　接口界面的设计是系统与用户之间交流的窗口，它提　供直观的图形化的功能实现。通过该系统向系统管　理人员展示各个数据采集及控制自动化系统实时的、　全面的、历史的工作过程，方便系统管理人员的监控　任务完成。系统中的各核心模块设计采用了基　维普资讯 http://www.cqvip.com

１８０８　科学技术与工程　７卷　于构件的开发思想，有效地提高了系统的扩展性与健　壮性，并且提高了整个系统的实用性与可靠性。　系统核心模块设计如下：　（１）日常操作模块：通过该模块实现数据采集及　监控参数的设置；完成数据采集及监控系统的组态；　４．１通信Ａｇｅｎｔ的设计　为了使得系统在监控过程中能根据需要来配置　串口，需要设计一个方法ＩｎｉｔＰｏｒｔ允许用户自主设置　串口参数。通信过程中的主要环节是端口的读写，　所以在通信Ａｇｅｎｔ中定义了专门用来读写端口的函　数ＲｅａｄＤａｔａ和ＷｒｉｔｅＤａｔａ，在系统主动通信的情况　下，系统通过通信Ａｇｅｎｔ发出指令，等待温度感应器　返回数据。因此，还设计了一个方法ＳｅｎＲｅｃＤａｔａ来　显示系统总体框图；绘制重要参数的变化趋势图。　（２）系统监控人员监控、管理模块：该模块是整　个系统的核心，在该模块中集成了：决策推理　Ａｇｅｎｔ、事件监视Ａｇｅｎｔ、通信Ａｇｅｎｔ、环境感知Ａｇｅｎｔ、　执行模块Ａｇｅｎｔ等Ａｇｅｎｔ构件。该模块的开发是整　个系统成功与否的关键。通过该模块管理员可以对　系统中各监控硬件参数初始化，并设置每次要监控　场所的各种参数，对不使用的监控场所可以关闭监　控设备。还可以通过该模块对监控设备状况进行管　理，每天下班前将设备的性能状况进行登记。　（３）故障报警模块：对监控参数正常设置，系统　在运行过程如果某项指标超过正常值，系统自动报　警显示，并生成记录文件；生产过程中的自动状态下　的控制设备发出故障信号或失去控制时，系统自动　报警显示；并通过报警打印机打印输出，形成记录文　件；报警数据自动存储以备事后分析。　（４）数据存档和报表生成模块：通过该模块系　统自动生成日报表、月报表和统计报表，通过报表打　印机打印输出，形成监控数据库文件，对系统生成的　各种事件记录人数据库，通过该模块还实现系统与　其他类型的数据进行动态数据交换。　４　Ａｇｅｎｔ模块的设计　系统的扩展性与自适应性能力是系统在整个设　计过程中重点考虑的原则。所谓系统的扩展性，即　系统中串口通信模块与具体的应用无关，这样的模　块才具有很好的扩展性；系统要具有很强的自适应　性，是指监控系统模型要能适用范围于多种场合，而　且当系统在不同场合应用时，无论从软件还是从硬　件的角度来讲，系统的变动范围都要控制在一定的　范围内。因此，在设计时选择面向对象的开发方法，　通过面向对象的技术保证了系统的扩展性。同时，　通过多线程技术保证了系统通信的实时性；且在出　现大量数据时降低了系统数据的拥塞。　实现这一操作，这个方法中还允许用户指定收取数　据的延时。通信Ａｇｅｎｔ核心代码设计如下：　Ｃｌａｓｓ　ＳｅｎｄＡｇｅｎｔ　｛Ｐｆｉｖａ￣：　ＨＡＮＤＬＥ　ｍ＿ｈＣｏｍ；／／串Ｅｌ文件的句柄　Ｐｕｂｈｃ：　ＢＯＯＬ　ｏｐｅｎＰ０ｎ（ＵＮＩＴ　Ｐｌ０一Ｊｌｒ＝１）；／／打开串行端口　ＢＯＯＬ　ＩｎｉｔＰｏ￣（ＵＮＩＴ　ｂａｕｄ＝９６００，ｃｈａｒ　ｐａｒｉｔｙ＝’Ｎ’，ＵＮＩＴ　ｄａｔａｂｉ￣＝８，ＵＮＩＴ　ｓｏｐｓｔｂｉｔｓ＝１）；　／／初始化串口　ＢＯＯＬ　ＳｅｎＲｅｃＤａｔａ（ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ　ｓｅｎＤａｔａ，ｉｎｔ　ｎＳｅｎｄＬｅｎ，　ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ￣ｃＤａｍ，ｉｎｔ＆ｎＲｅｃｄＬｅｎ，ＤＷＯＲＤ　ｄｗ　ＴｉｍｅＯｕｔ）；　／／向配置的串口发送数据，同时读取返回的数据　｝　由于该通信Ａｇｅｎｔ模块的设计采用了面向对象　的方法，因此在不同的应用环境下，用户程序只需要　根据实际情况来派生出新的通信类，通过在其中改　写和添加自己的代码就可以满足不同的通信要求。　该模块的设计很好的体现了系统　４．２执行模块Ａｇｅｎｔ设计　由于这个系统要求实时读取监控点的各感应器　上传的数据，并立即做出响应。为了达到这种自适　应性功能，在执行模块Ａｇｅｎｔ中采用了多线程技术。　使用一个监视串口的工作线程实时地监视串口状　态，一旦有数据到达就立即读取，并做相应的处理。　因此，在执行模块Ａｇｅｎｔ加人了串口监视线程函数、　相应的线程控制函数以及线程同步数据。　执行模块ＡｃｔＡｇｅｎｔ中新加入的方法如下所示：　Ｃｌａｓｓ　ＡｃｔＡｇｅｎｔ　１．…．－　ｓｍｉｌｅ　ｕＮＩ．Ｉ’ＣｏｍｍＴｈｒｅａｄ（ＬＰＶＯＩＤ　ｐＰａｒａｍ）；／／串口监视线　程函数　ＢＯＯＬ　ＳｔａｒｔＭｏｉｔｏｒ（）；　／／启动监视线程　ＢＯＯＬ　ＳｔｏｐＭｏｎｉｔｏｒ（）；　／／停止监视线程　维普资讯 http://www.cqvip.com

８期　｝　黄金莲：基于Ａｇｅｎｔ的智能监控系统开发　１８０９　展性和自适应性，以及生产化的分散控制。通过对通　信事务的分离，提供了对串口的实时监视性能。由于　本系统的开发采用ＶＣ＋＋语言，因此也可以适用于　基于嵌入式的监控系统环境。　参考文献　有了这个执行模块ＡｃｔＡｇｅｎｔ，系统运行时Ａｇｅｎｔ　不需要直接与感应器通信，所有的通信过程通过执　行模块ＡｃｔＡｇｅｎｔ来完成。在整个系统运行的过程　中，执行模块ＡｃｔＡｇｅｎｔ与通信Ａｇｅｎｔ模块作为主程　序与感应器之间的桥梁，把主线程中的业务处理与　通信过程分离开来，既提高了系统的监控性能，又实　１徐大华．基于Ａｇｅｎｔ的温度控制系统．安徽农业科学，２００５，３３　现了系统的可扩展性。利用执行模块Ａｇｅｎｔ不仅可　（６）：１０７１—１０７２　能实现感应器的监控，只要是利用传感器的场合，都　２邓丽军，陈正发，于玉贞，等．电液伺服土工离心机振动台数据采　可以采用这种方式来实现监控。　集系统开发．实验技术与管理，２００６；２３（８）：５８—６１　由于Ａｇｅｎｔ执行环境与Ａｇｅｎｔ对象是分离的，　３徐大华．基于ＨＩＳ的临床诊治系统的设计．计算机工程，２００６；３２　通过Ａｇｅｎｔ技术实现系统各功能模块的离散化，并　（１７）：２８Ｏ—２８２　４徐大华．基于ＣＯＭ＋的实验室设备管理系统的设计．实验技术与　封装成具有统一的标准接口形式和功能。在系统运　管理，２００６；２３（７）：７Ｏ—７２　行时可动态地修改、创建、加载或清除相应代理，重　５徐　明。采振祥．Ｗｅｂ程序设计网上实验系统的实现与应用．实　构Ａｇｅｎｔ库，使得系统的监控流程和功能具有灵活　验技术与管理，２００６；２３（８）：６９—７１　性、可扩充性和适应性。同时，具有Ａｇｅｎｔ的配置、　６董有尔，陈宝明．远程监测控制系统实验装置的设计与实现．实验　控制及运行灵活性好，代码和版本易于控制和维护。　技术与管理，２００６；２３（７）：７５—７８　７徐大华．基于ＣＯＭ＋的临床路径诊治系统的设计．计算机工程与　设计，２００６；２７（１３）：２４８２—２４８４　５总结　８别丽华。蒋天发．ＳＭＳ在车辆监控系统中的应用研究．武汉理工大　学学报（交通科学与工程版），２００６；３０（３）：４７４—４７６，５０７　近年来，越来越多的研究者倾向于使用多个传感　９杨鹏，李腊元．ＥＪＢ组件技术在电子商务系统中的应用研究．武　汉理工大学学报（交通科学与工程版），２００５；２９（２）：２２３—２２６　器来做监控与决策。本文提出采用Ａｇｅｎｔ技术来实　１Ｏ王勇，陈新，陈新度，等．基于多智能体的个性化信息系统研　现智能监控系统的设计，并设计出基于Ａｇｅｎｔ的系统　究．计算机工程，２００５；３１（１８）：３１—３３　体系结构，对Ａｇｅｎｔ技术在智能控制中的应用做了一　ｌｌ胡文斌，盂波，王少梅．电子商务系统中多Ａｇｅｎｔ通信机制研　些探讨。通过在系统各Ａｇｅｎｔ模块的设计中，采用了　究．武汉理工大学学报（交通科学与工程版），２００６；３０（１）：　】６２～】６５　面向对象的方法和多线程技术，实现了监控系统的扩　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｐｔｉｔｕｄｅ－ｌｉｓｔｅｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｇｅｎｔ　ＨＵＡＮＧ　Ｊｉｎ－ｌｉａｎ　（ＣｏＢｅｇｅ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉｎａ　ｊｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３０００７２，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；　Ｘｕｚｈｏｕ　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃ＆Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｕｚｈｏｕ　２２１１３１，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ）　［Ａｂｓｔｒａｃｔ］　Ａ　ｋｉｎｄ　ｏｆ　ｉｎｔｅＵｉｇｅｎｔ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍｏｄｕｌｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ｐｏｒｔ　ａｎｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｓｅｎｓｏｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｇｅｎｔ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｂｙ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ａｇｅｎｔ．Ｔｈｅｎ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ＣＯＭＭ　ｔｏ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｄａｔａ　ａｎｄ　ｒｅａｄｉｎｇ　ｄａｔａ，ａｎｄ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｅｎｓｏｒｓ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｒｅ　ｄｅｓｉｎｇｅｄ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｏｂｊｅｃｔ　ｏｒｉｅｎｔｅｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｕｌｔｉ－ｔｈｒｅａｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａ　ｅｘｅｃｕｔｅ　ｍｏｄｕｌｅ　ｏｆ　Ａｇｅｎｔ　ｗｉｈｔ　ｗｅｌｌ　ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ａ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｍｏｄｕｌｅ　ｏｆ　ａｇｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｗｈｉｃｈ　ｃｏｕｌｄ　ｔｒｎａｓｍｉｔ　ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｄａｔａ　ｑｕｉｃｋｌｙ．Ｔｈｅ　ｓｅｌｆ—ｂｅｈａｖｉｏｒ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｂａｉｌｉｔｙ　ｗｅｒｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ．Ａｔ　ｌａｓｔ，ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｂｓａｔｃｌｅ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ｒｕｎｎｉｎｇ　Ｗａｓ　ｓｔｂａｌｙ　ｓｏｌｖｅｄ．　［Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ］　Ａｇｅｎｔ　ｒａｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　ｓｅｒｉｌａ　ｐｏｒｔ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｄａｐｔｂａｉｌｉｔｙ