專利名稱：一種自主多模態(tài)管理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能嵌入式系統(tǒng)的自主多模態(tài)管理的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在嵌入式系統(tǒng)都已配備多種傳感器，能獲取簡單外界環(huán)境、操作對象等的信息， 并由內(nèi)部的計算系統(tǒng)進(jìn)行分析、處理，控制系統(tǒng)執(zhí)行任務(wù)。雖然這類嵌入式系統(tǒng)具有一定的 智能和自主性，但還需要大量的人工控制和協(xié)調(diào)。文獻(xiàn)“移動機器人條件反射能力的實現(xiàn)，顧冬雷，陳衛(wèi)東，席裕庚，機器人，2001, 23 卷第21期”中研究了一種基于“條件-反射”機制的反應(yīng)式控制方法，該方法設(shè)計特定的狀 態(tài)和特定的動作之間的控制規(guī)則集，即從傳感器采集數(shù)據(jù)到執(zhí)行器控制輸出之間的一種映 射關(guān)系。它能夠使的智能體快速響應(yīng)環(huán)境變化，但是由于不使用任何環(huán)境結(jié)構(gòu)化描述，以及 缺乏規(guī)劃和決策能力，因此當(dāng)系統(tǒng)輸入狀態(tài)越來越復(fù)雜時，會由于考慮的輸入狀態(tài)過多，進(jìn) 而造成無法設(shè)計出有效的控制規(guī)則集的問題。文獻(xiàn)“未知環(huán)境下移動機器人基于行為的控 制方法研究，候春明，碩士論文，2006”中采用了基于行為的控制策略。該方法是對反應(yīng)式控 制方法的擴展，即在系統(tǒng)中增加了決策機構(gòu)，能夠?qū)Σ煌妮斎脒M(jìn)行判斷后，再計算執(zhí)行部 件的輸出。但是在決策過程中，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的行為的優(yōu)先級由高到低依次判斷，因此降低 了決策效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換效率低下的不足，本發(fā)明提供一種面向智能嵌入式系統(tǒng)的 自主多模態(tài)管理方法。該方法能夠根據(jù)外界環(huán)境的變化，通過決策機構(gòu)的判斷和計算，快速 響應(yīng)并轉(zhuǎn)換到相應(yīng)的模態(tài)；同時，調(diào)整任務(wù)組Q0S等級，所述Q0S等級即是系統(tǒng)為任務(wù)組提 供的服務(wù)質(zhì)量等級，用于表示任務(wù)組在當(dāng)前系統(tǒng)中的關(guān)鍵程度，Qos等級越高的任務(wù)組優(yōu)先 執(zhí)行能使得系統(tǒng)越適應(yīng)當(dāng)前外界環(huán)境的變化。一次決策即可以得到一組任務(wù)的Qos等級， 大大提高了系統(tǒng)決策效率，增強系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟步驟一模態(tài)表示與構(gòu)造。模態(tài)是系統(tǒng)中完成一個特定使命的任務(wù)組集合。每個任務(wù)組又是由具有一定邏輯 關(guān)系的任務(wù)組成，完成使命任務(wù)的一個功能。模態(tài)可以用式1的五元組來表示。<ModeInfo, SubMode, TargetMode, Trigger,Decider)式 1模態(tài)構(gòu)造步驟如下步驟11 配置模態(tài)基本屬性ModeInf0，包括模態(tài)ID、模態(tài)名、模態(tài)類型和模態(tài)優(yōu)先 級。模態(tài)類型可以劃分為初始模態(tài)、終止模態(tài)、使命模態(tài)和安全模態(tài)四個類型；模態(tài)優(yōu)先級 是按照實際應(yīng)用中模態(tài)對應(yīng)使命的重要性設(shè)定的，優(yōu)先級取值范圍為O 255，越重要的使 命任務(wù)對應(yīng)的模態(tài)優(yōu)先級越高，其中安全模態(tài)的優(yōu)先級是所有模態(tài)中最高的。步驟12 配置子模態(tài)屬性SubMode，子模態(tài)是根據(jù)各任務(wù)組的執(zhí)行等級不同對模態(tài)進(jìn)一步的細(xì)分。子模態(tài)屬性包括子模態(tài)ID和任務(wù)組Qos基準(zhǔn)等級向量QosLb。子模態(tài)ID 是子模態(tài)的唯一標(biāo)識，用來區(qū)分不同的子模態(tài)。一個模態(tài)最多可劃分為10個子模態(tài)?；鶞?zhǔn) 等級向量QosLb是根據(jù)任務(wù)組在不同子模態(tài)中關(guān)鍵程度不同設(shè)定的。步驟13 配置模態(tài)的目標(biāo)模態(tài)TagetMode，即是該模態(tài)可以轉(zhuǎn)換的所有其他模態(tài) 集合，包括目標(biāo)模態(tài)個數(shù)和各個模態(tài)的ID，目標(biāo)模態(tài)個數(shù)應(yīng)小于系統(tǒng)模態(tài)總數(shù)。步驟14 配置模態(tài)觸發(fā)器Trigger，每個模態(tài)中包括一個模態(tài)轉(zhuǎn)換觸發(fā)器和與目 標(biāo)模態(tài)個數(shù)相等的目標(biāo)模態(tài)觸發(fā)器。兩種觸發(fā)器均由觸發(fā)條件和觸發(fā)邏輯表達(dá)式組成，用 戶根據(jù)具體的應(yīng)用可給每個觸發(fā)條件定義明確的含義。每個觸發(fā)條件是一個布爾型變量， 邏輯表達(dá)式則是所有觸發(fā)條件用與或操作相連的一個布爾表達(dá)式，對于一個η個條件的觸 發(fā)器可用式2來計算其值，其中TriG = 1,2...η)是觸發(fā)條件，<ορ、> (i = l，2...n_l)是 與操作或者或操作；
權(quán)利要求
一種自主多模態(tài)管理方法，其特征在于包括下述步驟步驟一模態(tài)表示與構(gòu)造；用五元組<ModeInfo，SubMode，TargetMode，Trigger，Decider>表示模態(tài)；其構(gòu)造方法包含以下步驟步驟1)配置模態(tài)基本信息ModeInfo，包括模態(tài)ID、模態(tài)名、模態(tài)類型和模態(tài)優(yōu)先級；步驟2)配置子模態(tài)信息SubMode，子模態(tài)即是根據(jù)各任務(wù)組的執(zhí)行等級不同對模態(tài)進(jìn)一步的細(xì)分包括子模態(tài)ID和任務(wù)組Qos基準(zhǔn)等級向量QosLB；步驟3)配置目標(biāo)模態(tài)信息TargetMode，即是當(dāng)前構(gòu)造模態(tài)可以轉(zhuǎn)換的所有其他模態(tài)集合，包括目標(biāo)模態(tài)個數(shù)和各個目標(biāo)模態(tài)ID；步驟4)配置模態(tài)觸發(fā)器Trigger，每個模態(tài)中包括一個模態(tài)轉(zhuǎn)換觸發(fā)器和與目標(biāo)模態(tài)個數(shù)相等的目標(biāo)模態(tài)觸發(fā)器，兩種觸發(fā)器均由觸發(fā)條件和觸發(fā)邏輯表達(dá)式組成，每個觸發(fā)條件是一個布爾型變量，邏輯表達(dá)式則是所有觸發(fā)條件用與或操作相連的一個布爾表達(dá)式Tr1<opt1>Tr2<opt2>...<optn 1>Rrn，n表示一個觸發(fā)器的觸發(fā)條件個數(shù)；步驟5)配置模態(tài)決策器Decider，包括子模態(tài)決策器和任務(wù)組Qos修正等級決策器；首先對決策器輸入變量——外界環(huán)境因素向量EA進(jìn)行量化，環(huán)境因素向量EA的第i個元素其中Uimax和Uimin分別是環(huán)境因素向量EA第i個元素的量化論域最大值和最小值，Eimax和Eimin分別是環(huán)境因素向量EA第i個元素的實際取值的最大值和最小值，ei是從傳感器獲取的第i個環(huán)境因素的實際值；在子模態(tài)決策器中，用式將環(huán)境因素量化值映射到子模態(tài)ID，并獲取該子模態(tài)下的任務(wù)組Qos基準(zhǔn)等級向量QosLB，任務(wù)Qos修正等級決策器中，采用模糊推理方法，根據(jù)環(huán)境因素量化值推理得到任務(wù)組Qos修正等級向量QosLM，并生成模糊決策表；其中m是環(huán)境因素向量元素個數(shù)，Th(i)eaj＝(LB(i)eaj和UB(i)eaj)，(i＝0，1...，n 1，j＝1，2...，m)，LB(i)eaj和UB(i)eaj分別表示第i個子模態(tài)對應(yīng)的第j環(huán)境因素的閾值的下界和上界；步驟二模態(tài)決策；模態(tài)決策采用觸發(fā)器機制，須要決策當(dāng)前系統(tǒng)運行的模態(tài)ID；具體包括以下步驟步驟a)檢測系統(tǒng)的運行狀態(tài)，如發(fā)現(xiàn)故障且系統(tǒng)當(dāng)前模態(tài)不是安全模態(tài)，則轉(zhuǎn)步驟b)，如故障修復(fù)或者未發(fā)現(xiàn)故障則轉(zhuǎn)步驟c)；步驟b)系統(tǒng)轉(zhuǎn)入安全模態(tài)，保證系統(tǒng)能以最低限度的資源正常運行直至停機或故障修復(fù)，決策結(jié)束；步驟c)計算模態(tài)轉(zhuǎn)換觸發(fā)器輸出值；輸出值為1，轉(zhuǎn)步驟d)，值為0，則將當(dāng)前模態(tài)加入新模態(tài)列表，轉(zhuǎn)步驟d)；步驟d)計算所有目標(biāo)模態(tài)觸發(fā)器的輸出值；將輸出值為1的目標(biāo)模態(tài)加入新模態(tài)列表；步驟e)取出新模態(tài)列表中優(yōu)先級最高的目標(biāo)模態(tài)ID，決策結(jié)束；步驟三模態(tài)轉(zhuǎn)換；模態(tài)轉(zhuǎn)換過程采用兩級多粒度決策模型，計算求得模態(tài)中各個任務(wù)組的Qos等級并調(diào)整任務(wù)調(diào)度參數(shù)，完成任務(wù)的調(diào)度；具體包括以下步驟步驟I獲取外界環(huán)境因素向量EA，進(jìn)行量化操作；步驟II判斷子模態(tài)決策周期是否到來，如未到來則轉(zhuǎn)步IV；步驟III進(jìn)行子模態(tài)決策查表求得子模態(tài)ID并轉(zhuǎn)化為子模態(tài)對應(yīng)的任務(wù)組Qos基準(zhǔn)等級向量QosLB；步驟IV判斷任務(wù)組Qos等級決策周期是否到來，如未到來則轉(zhuǎn)步VI；步驟V進(jìn)行任務(wù)組Qos等級決策，查表求得任務(wù)組Qos修正等級向量QosLM；步驟VI計算任務(wù)組Qos執(zhí)行等級向量QosLE＝QosLB+QosLM；步驟VII比較當(dāng)前模態(tài)任務(wù)組與目標(biāo)模態(tài)任務(wù)組，修改任務(wù)調(diào)度列表；步驟VIII調(diào)用自適應(yīng)任務(wù)調(diào)度函數(shù)，完成任務(wù)組刪除、啟動和Qos等級修正操作。FSA00000262446900011.tif,FSA00000262446900012.tif
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自主多模態(tài)管理方法，首先構(gòu)造一個包括模態(tài)基本信息、子模態(tài)信息、目標(biāo)模態(tài)信息、模態(tài)觸發(fā)器和模態(tài)決策器的五元組表示模態(tài)；然后采用觸發(fā)器機制決策當(dāng)前系統(tǒng)運行的模態(tài)ID；最終采用兩級多粒度決策模型，計算求得模態(tài)中各個任務(wù)組的Qos等級并調(diào)整任務(wù)調(diào)度參數(shù)，完成任務(wù)的調(diào)度。本發(fā)明提高了系統(tǒng)的模態(tài)轉(zhuǎn)換效率，增強了系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性。
文檔編號G06F9/44GK101937341SQ201010277909
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者吳曉, 周興社, 姚遠(yuǎn), 張凱龍, 楊志義, 楊高演, 陸洲, 黃慧敏 申請人:西北工業(yè)大學(xué)