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《国防科学技术大学》 2001年 博士论文
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基于Agent的复杂系统分布仿真

李宏亮  
【摘要】: 复杂系统涉及范围广,包括自然现象工程、生物、经济、管理、军事、政治、社会等各个方面。所谓复杂系统,指的是系统具有大量交互成分,其内部关联复杂、不确定,总体行为具有非线性,即不能通过系统的局部特性,形式地或者抽象地描述整个系统特性的系统。如经济系统中金融证券市场的运行涉及到交易者的行为、交易者的交互、国家企业的经济形势等众多因素,正由于经济系统中的多因素和不确定性,经典的金融证券市场理论对金融证券市场的行为难于进行解释,对某项政策或者调控措施可能对金融证券市场的影响,难于进行估计。同样,战场对抗也是典型的复杂系统,敌我双方作战单位、武器相互制约,各种因素的影响程度难于确定,其宏观行为难以进行推理。复杂系统的研究对国家的社会经济以及军事发展规划都有着重要的意义。 研究复杂系统所采用的最终有效手段是系统仿真,而建模与仿真方法学是其中首要的问题,目前,基于Agent的建模与仿真方法学是最具活力、有所突破的仿真方法学。本文的研究内容集中在,如何利用日益增大的网络Cluster计算资源,依据基于Agent的建模与仿真方法学,建立分布仿真平台,对复杂系统进行进一步的、更大规模的建模与仿真,并进而达到理解和控制复杂系统行为的目的。 本文的研究工作分为三个部分。在第一部分中,对复杂系统与复杂性科学的起源及其特点进行了描述,并且结合前人的研究成果,从本体论、认识论以及方法论的角度来理解复杂性,强调了建模与仿真在复杂系统研究中所具有的特殊重要的地位,这些认识和理解奠定了下一步工作的基础。 对基于Agent的建模与仿真方法学进行了全面、系统的阐述,并且在这个方法学的框架下,对复杂系统进行了形式化的定义。建立了使用基于Agent的建模与仿真方法学来对复杂系统进行建模和仿真应该遵循的原则和步骤,指导复杂系统的建模与仿真。 由于复杂系统规模大、结构复杂,需要充分开发复杂系统及其模型中的并发性,提高系统仿真的效率,因此,建立一个面向复杂系统的、采用基于Agent的建模与仿真方法学的分布仿真支持平台,对于应用领域专家开展更进一步的建模与仿真工作,具有积极的促进作用。在本文的第二部分中,首先根据复杂系统和网络Cluster的特点,建立基于Agent的复杂系统的分布仿真框架,具有平台独立、可扩展性强、支持层次仿真等特点。 由于复杂系统以及仿真环境的特点,通常的并行分布仿真算法并不能满足要求,本文提出了一种适合于基于Agent的复杂系统分布仿真的层次的、混合分布并行仿真算法,测试结果验证了算法的正确性和高效率。 在分布环境下,为仿真对象——复杂系统中的Agent提供灵活、高效、透明的通讯系统,密切关系到复杂系统建模的方便程度以及分布仿真的效率,在本文中,给出了完整的分布仿真环境中的通讯系统,提出和规范了不同通讯层次中的通讯协议;同时,提出了分布仿真中支持Agent透明迁移的算法,能够保证迁移对应用系统透明以及迁移过程中消息 国防科学技木大学研究生院学应沦文 不会丢失,和其{士 *g*nt迁移杉制1 *,具有更高o效率。 根据对复杂系统和复杂性的理解,在复杂系统分布仿真框架的指导下,提出并且实现 了基于 Agent的复杂系统分布仿真平台一一二人hD (J。、{。ed[。nwlex Ad叩11但办.。。。 disll·iblltld SIllllallO,;pladOOlj。平台充分利用面向对象的设计思想,提供了最为有效的、 无冗余的类层次结构,保证用户能够以最简单、最为灵活的方式来进行各个应用领域中的 复杂系统分布仿真。 为了避免个别结点或者Agent的失效,而导致整个仿真过程需要重新进行,在本文中, 提出了具有容错能力的复杂系统仿真解决方案,包括对分布仿真中的故障进行分类、故障 检测方法、对层次的、混合分布并行离散事件仿真算法进行了容错扩展以及采用双全局服 务Agent等。 提出了一种支持用户通过Internet进行远程交互的仿真方案。分布仿真平台JCss可 以和 Web无缝结合,可以通过Internet远程完成如提交复杂系统应用、收集和查看仿真结 果等工作,为建立一个支持用户远程交互的高性能复杂系统分布仿真中心提供了条件。 在本文的第三部分中,针对于金融证券市场,依据基于Agent的建模与仿真方法学, 提出了金融证券市场的基于Agent的同构模型,并且在分布仿真平台JCass上得到了实现。


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