（通信与信息系统专业论文）移动代理系统通信模型的设计与实现.pdf

东北大学硕士学位论文 摘要 移动代理系统通信模型的设计与实现 摘要 近年来，计算机网络技术的飞速发展，使得网络上的信息量急剧膨胀。传统 的分布式计算技术在面对如此巨量信息的时候，不断显露出其自身的局限性。在 这种情况下，一种能有效利用网络带宽、高效处理网络资源的新兴技术呼之欲出。 移动代理技术正是在这样一个关键时刻应运而生。经过近些年的不断发展，移动 代理技术已经应用到众多的网络环境中，包括互联网、智能网、电子商用网以及 移动通信网等多种网络。移动代理凭借其独特的优越性和开创性的工作模式，解 决了诸多难题，也因此赢得了计算机行业普遍的青睐和广泛的关注。 基于当前的发展态势，在实验室现有的i p 网络环境下，利用j a v a 语言在 w i n d o w s 操作系统下自主开发了一套移动代理系统平台，并且在该平台的基础上 进一步在内部核心机制等方面展开研究工作，如移动代理的安全认证、迁移策略 和通信机制等。 本文在介绍移动代理概况以及移动代理通信技术的基础上，首先给出了自主 开发的移动代理系统平台的设计方案；然后通过引入一种基于邮箱机制的设计思 想，详细给出了应用在i p 网络环境下的移动代理通信模型的设计实现方案。移动 代理通信模型在设计上首先采用了邮箱机制，将移动代理通信功能从代理中分离 出来，减小了代理的体积；其次，通信模型以主机为最小通信连接单元，减小了 网络中的通信连接数目。在实现上，移动代理通信模型采用j a v a 语言编写，利用 面向对象设计方法进行层次式开发。在文章最后，给出了该通信模型的单元测试 和功能测试，通过测试，验证了该模型能够实现代理之间通信功能，能够灵活适 应网络异构性和带宽多样性，达到了设计的要求，可以进一步开发并且推广应用。 关键词：移动代理：代理通信语言：知识查询与处理语言；邮箱机制；通信机制 分布式计算 i i 东北大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h ec o m m u n i c a t i o nm o d e l i nm o b i l ea g e n ts y s t e m s a b s t r a c t r e c e n t l y , w i t ht h es p e e d yp r o g r e s so ft h ec o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h e a m o u n to ft h ei n f o r m a t i o no ft h ei n t e r n e th a sm a d eas h a r pe x p a n d t h et r a d i t i o n a l d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n o l o g yh a ss h o w ni t sl i m i t a t i o nc o n t i n u o u s l yw h e nf a c i n g t h ee n o r m o u sa m o u n to fi n f o r m a t i o n a tt h i st i m e ，p e o p l ew a n tt oh a v ean e w t e c h n i q u ew h i c hc a r ln o to n l ym a k ee f f e c t i v eu s eo ft h en e t w o r kb a n d w i d t hb u ta l s o p r o c e s st h er e s o u r c eo fn e t w o r kw i t hh i g hp e r f o r m a n c e a n dn o w , t h et e c h n i q u eo f m o b i l ea g e n tc o m e so u tu n d e rs u c hb a c k g r o u n d w i t hc o n t i n u o u sd e v e l o p m e n ti n r e c e n ty e a r s ，t h et e c h n i q u eo fm o b i l ea g e n th a sb e e na p p l i e di nm a n yn e t w o r k s e n v i r o n m e n t s ，s u c ha si n t e r n e t ，i n t e l l i g e n tn e t w o r k ，e l e c t r o c o m m e r c en e ta n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r ke t c m o b i l ea g e n th a ss o l v e dm a n yt e c h n i c a lp r o b l e m sb yi t s u n i q u ea d v a n t a g ea n di t si n n o v a t i v ew o r k i n gm o d u l e ，w h i c hh a sm a d ei tm o r ep o p u l a r i nc o m p u t e ri n d u s t r y t h e r e f o r e ，o u rl a b - t e a mh a v ei n d e p e n d e n t l yd e v e l o p e dam a sp l a t f o r mu n d e rt h e w i n d o w so sb yu s i n gj a v au n d e rt h ei pn e t w o r ke n v i r o n m e n ti no u rl a b f u r t h e r m o r e ， w eh a v ec a r r i e do ns o m es t u d yw o r k sa b o u tt h ei n n e rc o r em e c h a n i s mo fm o b i l ea g e n t b a s e do nt h em a sp l a t f o r m ，f o re x a m p l et h es e c u r i t ya u t h e n t i c a t i o n ，t h et r a n s f e r r i n g p o l i c ya n dt h ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s me t c t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h es u r v e yo fm o b i l ea g e n ta n dt h et e c h n i q u eo f m o b i l ea g e n tc o m m u n i c a t i o n ，w h i c hi sw r i t t e na st h ep a p e r sb a s i ct h e o r y s e c o n d l y , t h ep a p e rg i v e sad e s i g ns c h e m eo fo u ri n d e p e n d e n tm a sp l a t f o r m l a t e r , b yp u t t i n g f o r w a r dak i n do fd e s i g ni d e ab a s i n go nm a i l b o xm e c h a n i s m ，w eg i v eas c h e m ei n d e t a i la b o u tt h ed e s i g na n dt h ei m p l e m e n to fam o b i l ea g e n tc o m m u n i c a t i o nm o d e l w h i c hi sa p p l i e du n d e rt h ei pn e t w o r ke n v i r o n m e n t a tf i r s t ，w ed e s i g n e dt h em a ( m o b i l ea g e n t ) c o m m u n i c a t i o nm o d e lb yu s i n gm a i l b o xm e c h a n i s m ，w h i c hm e a n st h a t t h ec o m m u n i c a t i o nf u n c t i o nm o d u l ew i l lb ed i v i d e df r o mm a t h u st h ev o l u m eo fm a w i l lb er e d u c e d a n ds e c o n d l y , t h ec o m m u n i c a t i o nm o d e lw i l lu s et h eh o s ta st h e m i n i m u mc o m m u n i c a t i o nl i n k a g eu n i t ，w h i c hw i l lm a k et h ec o m m u n i c a t i o nl i n k a g e u n i tr e d u c e di nt h en e t w o r k t h em ac o m m u n i c a t i o ni sc o d e di nj a v aa n dd e v e l o p e di n i 东北大学硕士学位论文 h i e r a r c h yb yu s i n go o d ( o b j e c t - o r i e n t e dd e s i g n ) l a s t l y , t h ep a p e rg i v e st h eu n i tt e s t a n dt h e s y s t e m t e s to ft h ec o m m u n i c a t i o n m o d e l a c c o r d i n g t ot h et e s t ，t h e c o m m u n i c a t i o nm o d e li sp r o v e dt ob ec a p a b l eo fr e a l i z i n gt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n m aa n di tc o u l db ea d a p t a b l et ot h ei s o m e r i s mo fn e t w o r ka n dt h ev a r i e t yo fb a n d w i d t h t h e r e f o r e ，t h em o d e lh a sb e e na c c o r d e dw i t ho u ro r i g i n a ld e s i g np u r p o s ea n di tc o u l d b ef u r t h e rd e v e l o p e da n dg e n e r a l l ya p p l i e d k e yw o r d s ：m o b i l ea g e n t ；a c l ；k q m l ；m a i l b o xm e c h a n i s m ； c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ；d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g i v 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他入已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 共同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签名： 日 期： i 魏彬知 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名： 签字日期： 导师签名： 签字日期： 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 分布式计算是计算机网络时代的关键技术。当前的分布式计算都是基于传统 的c l i e n t s e r v e r 模式，通过远程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 或消息传递( m e s s a g e p a s s i n g ) 等方式实现跨平台的操作，比较适合稳定的网络环境和应用场合。随着计 算机网络的发展，特别是i n t e m e t 应用的急速增长，以及新型网络应用( 移动设备 接入) 的出现，c l i e n t s e r v e r 模式的缺点日益明显：譬如客户机和服务器在计算过 程中必须一直维持连接，计算过程有大量的中间结果需要传输，浪费带宽，因而难 以适应移动计算的低带宽、高延迟、不稳定的网络环境。c l i e n t s e r v e r 模式的可维 护性和可扩充性也比较差，不利于当今快速多变的网络应用服务领域。 基于这种情况，一种集软件、通信、分布式计算技术于一体的新的技术一一“移 动代理技术”被人们提了出来。 移动代理【l 】( m o b i l ea g e n t ) 的概念最初是由g e n e r a lm a g i c 公司在9 0 年代初 提出的，当时主要是用来支持在编程语言级的可移动性。然而随着网络技术、通 信技术以及分布式计算技术的发展，移动代理迅速发展成为一种新的分布式计算 模式。其特有的自主性、协作性、移动性以及智能性使得它可以自主的完成用户 指定的任务，它可以根据用户的需求、爱好以及所处的网络环境自主的在网络中 迁移，并对网上的信息进行搜索、过滤和转发。它的这种“迁移一计算一迁移” 的模式，非常适合于基于i n t e r n e t 的分布计算以及某些特定的应用环境。它为解决 网上信息的高效利用提供了一种符合现有网络特点的新的思路。 移动代理技术有着巨大的应用前景。自第一个移动代理系统t e l e s c r i p t 由 g e n e r a lm a g i c 公司在9 0 年代初推出后，移动代理系统的研究就吸引了众多的注意 力。参与其中的学术界有d a r t m o u t h ，m i t ，o t t a w a ，c o m e l l ，u m b c 和s t u t t g a r t 等名牌大学的研究机构，工业界则有i b m ，m i t s u b i s h i ，b r i t i s ht e l e c o m 等著名公司 口 。而且一直不断有新的研究机构或工业组织加入到研究移动代理系统的活动中 来。可以毫不夸张地说，移动代理的研究已成了当今软件技术的一个研究热点。 1 2 课题的提出 众多的移动代理系统从2 0 世纪9 0 年代初就开始存在，但移动代理应用于构 建实际系统的例子还很少。移动代理技术的优点已得到人们的共识，但也带来了一 】 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 系列问题。如： 1 ) 安全问题。如何保护主机不被恶意的代理攻击，如何保护代理不被恶意的主 机修改，这些问题都没有彻底地解决，而且两者的解决方法又是相互矛盾的； 2 ) 效率问题。移动代理机制需要增加一些辅助设施，会增加系统的负载，同时 移动代理语言通常是解释型语言，目前它的执行效率不能满足用户的需要等等。 事实上，用移动代理技术解决的问题可以用其他传统的技术来解决。一些研究 人员在实现应用系统时分别采用了移动代理技术和传统的分布式计算技术，对性 能进行了比较，比较结果表明，在网络通信条件受限制的应用中，移动代理技术体 现出较大的性能优势。目前尚没有典型的大型应用能够证明移动代理技术的巨大 优越性，因此移动代理技术被称为“一个正在寻找问题的解”。 随着大量的移动设备上网，无线通信的低带宽、高延迟与移动设备的低计算能 力之间的矛盾越来越尖锐，海量的i n t e r n e t 数据需要更智能化的处理手段，复杂多 变的应用需求需要更灵活的个性化定制。而移动代理技术在解决这些问题方面有 着天然的优势。目前移动代理技术的研究热点包括将移动代理技术和已有实现系 统进行集成的集成框架研究、移动代理的编程模型的研究、移动代理的应用系统 开发方法的研究等。 综合上述移动代理的技术特点和目前业内研究热点，以及目前实验室的实际 情况，我们在现有的实验室条件下，自主开发了应用在i p 网络下的移动代理系统， 并且进行了移动代理系统的安全问题、路由策略、通信机制等移动代理核心技术 的阶段性研究；在实验室的网络环境和构建的移动代理平台环境下，设计并实现 了一种基于邮箱机制的移动代理通信模型，实现了在1 p 网络下代理之间以及代理 与平台之间的通信，能够可靠的传输及交换代理携带信息和服务内容。 1 3 研究意义 当计算机用户利用分散的信息和服务来完成各个具体的任务的时候，他们会 发现，收集信息和利用网络上分散服务的要求并不容易满足。要确切的知道某项 任务需要的信息和服务，同时清楚这些信息和服务在什么地方以及如何获得并利 用这些信息和服务；对用户来说，要解决这些问题是困难的，而且也是一件费时 费力的工作。移动代理技术的出现，在很大程度上，帮助解决了这类问题。 移动代理是一个能在异构计算机网络中的主机间自主的迁移的程序，它在汲 取传统分布计算技术的有益经验的基础上，为分布计算提供了一个全新的范型。 其突出特征就是代理实体的运行不是固定在一台机器上，而是可以在多台机器上。 与传统的基于客户机服务器的分布技术相比，移动代理在许多方面给分布技术的 2 末北大学硕士学位论文 第一章绪论 实现提供了更好的方案，相比较而言，它的优点在于： 1 ) 不管是局域网还是i n t e r n e t ，都存在着网络连接不稳定的问题，由此带来的 是网络通信的不正常，任务不能正常完成。而移动代理将代理传送到远程主机r 工作，这样就避免了以上问题。 2 ) 由于网络硬件的限制，现在的网络传输速度还不是很快，这样在网络上进 行信息的传输、交换的延迟就很大。移动代理技术可以将信息查询等任务转移到 服务器上执行，最后将查询结果传回，从而省去了中间结果的传输。 3 ) 移动代理技术将一项任务分布到不同的主机上工作，最后将执行结果传回 原主机，这样就减少了每个代理的工作蟹，提高了工作效率。 从这三点分析可得出结论：移动代理的优势在于通过计算的转移，交互的本 地化减少了网络带宽的使用，提高了速度。 随着计算机业的不断发展，国家、单位之间的竞争日趋激烈，能快速掌握一 种先进的思想、技术是非常重要的。特别是移动代理技术在商业领域有着广泛的 应用前景：在分布式网络管理、网络监控、信息服务、信息检索、移动手机通信、 电子商务、i n t e r n e t 应用系统等方面，移动代理技术都有着广阔美好的应用前景。 在这种情况下，我们紧跟时代的发展，以i b m 的a g l e t 为原型，自主开发了 一套移动代理系统平台，并且紧紧围绕着移动代理技术发展以来的几个核心技术 问题：安全技术、通信技术、以及路由技术等展开了深入的研究工作，并且在安 全、通信以及路由等核一i i , 问题解决上提出了基于i p 网络的实现方案。通过目前的 阶段性成果，我们可喜的看到，在实验室已有的i p 网络环境下，我们自主开发的 移动代理系统，在网络通信不稳定、网络硬件限制的情况下，仍然能够实现代理 同代理之间、代理与平台之间的可靠通信，做到了移动代理的优化路由，并且这 一切都是在保障代理对代理平台以及平台对代理安全可靠的前提下完成的。尤其 是在网络信息量急剧增加的情况下，移动代理系统更是体现出其通过计算的转移、 交互的本地化而减少了网络带宽使用的优势。町以想象，在现今以及未来的商业 领域中，移动代理技术必将凭借其得天独厚的优势，广泛应用于i n t e m e t 应用系统、 分布式网络系统、电了商务等等各类国内商业领域。这也表明了我国计算机技术 的不断研究和广泛应用已经在逐渐的赶超世界上发达国家，充分体现了祖国的计 算机行业的蓬勃发展和不断向上。而作为研究人员，我们所做的工作，也将为我 国的计算机事业的进步起到积极有力的作用和贡献。 1 4 论文结构 本文前半部分介绍了与课题相关的基础理论和技术，包括移动代理基本概念， 本文前半部分介绍了与课题相关的基础理论和技术，包括移动代理基本概念， 3 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 移动代理通信技术：本文后半部分介绍了移动代理系统的设计和实现方案，详细 给出了一种基于邮箱机制的移动代理通信模型的设计和实现方案，并且最后对该 通信模型进行了单元测试和功能测试。 全文共分七章： 第一章为绪论，阐述了研究背景，并提出课题及其研究意义。 第二章概述了移动代理技术及其基本理论概念。 第三章讨论了移动代理通信技术，介绍了知识查询与处理语言( k q m l l 。 第四章给出了移动代理系统的设计和实现方案。 第五章提出了一种基于邮箱机制的移动代理通信机制，并且给出了基于该通 信机制的在i p 网络环境下的移动代理通信模型n m c 设计和实现方案。 第六章给出了移动代理通信模型n m c 的测试，包括单元测试和功能测试。 第七章对全文作以总结，以及对下一步研究工作的展望。 4 东北大学硕士学位论文 第二章移动代理概述 第二章移动代理概述 移动代理( m o b i l ea g e n t ) 是一个能在异构计算机网络中的主机间自主迁移的 程序，它在汲取传统分布计算技术的有益经验的基础上，为分布式计算提供了一 个全新的范型。根据w h i t e 3 1 ，l a n g e 4 1 ，c h e s s 5 1 等的描述，移动代理( m o b i l ea g e n t ) 是一个代替人或其它程序执行某种任务的程序，它在复杂的网络系统中能自主地 从一台主机移动到另一台主机，该程序能够选择何时、何地移动。在移动时，该程 序可以根据要求挂起其运行，然后转移到网络的其它地方重新开始或继续其执行， 最后返回结果和消息。图2 1 是客户端代理移动到远程主机直接在当地接受服务的 示意图。 ，鬣= 逆 n e t w o r k j ，：蒜、 巡岁? 跫! c l i e n s e r v i c e h o s t一一一 一 i h o s t 图2 1移动代理工作方式示意图 f i g 2 1 t h es k e t c hm a po fm o b i l ea g e n t sw o r k i n gm o d e 2 1 移动代理的特点 移动代理能够自主的选择何时迁往何地；它能够在执行的任意一点上将自己 挂起，然后自主的迁移到另一台主机上，并在到达新的目标主机之后，唤醒自己 继续执行；另外移动代理还可以通过克隆自己或者产生子代理散布到多个主机上， 并且以相互合作的方式共同完成更为复杂的任务。相对于传统的分布式计算机技 术，移动代理具有以下几个方面的特点： 1 ) 减少网络带宽浪费 通过迁移到用户所需资源所在地，移动代理能够直接和资源进行交互，而无 需像传统的分布式计算一样，通过网络进行中间数据的传递。同样的通过迁移到 用户所在地，移动代理可以快速的响应用户的操作行为。这样有效的节省了带宽， 降低了反应时间，即使在网络处于暂时断接的状态时，移动代理依然能够与用户 和资源交互。 5 东北大学硕士学位论文 第二章移动代理概述 2 ) 有利于实现实时性的交互任务 传统的客户服务器模式( c s 模式) ，必须要求参与计算的双方都处于网络连 接状态的情况下，才能完成整个计算，而移动代理技术允许它们在网络处于断接 的情况下，仍能够继续各自的任务，移动代理可以迁移到需要控制的机器或者设 备之上，自主的对其进行控制或者操作，提高了系统的实时性能。 3 ) 能够适应异构环境 这是由移动代理本身的定义决定的。移动代理要在网络的主机之间实现迁移， 就必须能够适应不同的网络结构和机器结构。j a v a 语言的出现为实现这一特性提 供了根本的保障。 4 ) 能够满足用户个性化服务的需求 移动代理允许用户根据自己的喜好动态的配置交互界面，移动代理的知识库 系统能够自动的根据用户的设置和操作习惯，判断并记录用户的嗜好，这样在用 户搜索信息的过程中便可以自主的对信息进行过滤和分检，从而大大的提高了用 户的信息搜索效率，满足了用户个性化服务的需求。 5 ) 更好的支持低带宽网络用户以及移动用户 目前低带宽的网络用户，例如利用m o d e m 接入网络的用户，他们的网络连接 具有间歇性和低带宽的特点。而移动代理可以使这些用户在本地交互完成之后一 次性的提交服务需求，在代理发出之后，用户的主机可以与网络暂时断开，移动 代理会自主的在i n t e m e t 网络和i n t r a n e t 网络中完成用户交给的任务，并在任务完 成之后返回自己的源主机，如果此时源主机没有接入网络，则移动代理会自主的 将结果保存在一个特定的服务器上，待检测到源主机接入网络之后再返回。这一 特性不仅适用于低带宽的网络用户，而且适用于目前比例逐渐加大的移动用户， 应用前景乐观。 6 ) 为电子商务、状态监控等应用领域提供了更好的解决方案 移动代理“计算一迁移一计算”的模式同电子商务、状态监控、工作流规划 等分布式应用自然匹配，因此移动代理的出现为这些应用提供了新的有效的解决 途径。 7 ) 具有良好的可扩展性 移动代理的异构性和移动性，不仅使得移动代理的执行与具体的计算机平台 无关，而且对应用规模的扩展也具有良好的可伸缩性，因为应用系统中的各部发 被分配给信息的提供者、中介者以及客户端，这为系统的设计提供了更多的灵活 度，而通过创建子代理或者迁移，来动态的适应环境的变化，也增加了系统的可 扩展性。 6 东北大学硕士学位论文 第二章移动代理概述 8 ) 具有良好的协议封装性能 当今的网络中，存在很多过去开发的应用系统，它们所采用的协议大多是过 去的产品，这就给同新应用程序之间的通信造成了很大障碍。而移动代理可以通 过封装与旧的应用系统相对应的通信协议，迁移到目标主机之上与之进行通信。 这便解决了旧的应用系统与新网络协议的无缝连接，延长了这些旧应用程序的生 命周期，降低了开发成本。 移动代理的上述优势特点使得它能够被广泛的应用于分布式信息搜索、网络 管理、电子商务、主动电子邮件以及移动计算等诸多领域。但是，我们也要看到， 移动代理作为一种新兴的分布式计算技术在推向具体应用的过程中也面临着许多 挑战，主要表现在性能、安全、标准化以及商业利益划分等方面。 1 ) 低性能所带来的挑战 出于对安全性以及简便灵活的考虑，移动代理系统一般采用运行速度相对较 慢的解释性语言( 例如j a v a ) 或者教本语言开发( 例如t c l ) ，并且必须被嵌入到 适当的执行环境中运行。因此，在排除网络断接的前提下，移动代理要比传统的 程序服务付出更多的代价，包括时间和效率。 幸运的是，类似j a v a 的编程语言的编译速度正在加快，与移动代理系统开发 语言相关的其它技术也正在迅速的发展之中：比如通过模块化组件开发，将移动 代理中服务功能部件分离( 创建服务代理的概念) ，甚至将移动代理的功能函数写 入操作系统的内核来提高代理运行和迁移的效率。 2 ) 安全性问题带来的困扰 安全性问题是阻碍移动代理技术走向大规模应用的最主要因素之一。对于移 动代理系统来说，安全性问题主要包括两个方面，即如何保护移动代理的安全和 移动代理环境中运行节点的安全。一方面，移动代理在迁移和运行的过程中都有 可能遭受恶意主机或者代理的攻击，通过欺骗和伪装等方式获取其携带的重要数 据信息。目前解决这一问题的主要方法就是数据加密。另一方面，移动代理在运 行节点上必须访问节点主机的相关资源，尤其是服务器节点的计算和信息资源， 如何保护节点上的数据和资源不被恶意主机非法访问以及如何保护节点不收到恶 意代理的攻击都是移动代理安全性问题所要解决的内容。 3 ) 标准化问题亟待解决 几乎所有的移动代理系统都希望程序代码能够在异构机器之间自由的迁移。 例如，代码被编译成像j a v a 的字节码一样与平台无关，然后再根据其到达的平台， 被编译成可执行码，或者在解释器中执行。因为移动代理的性质决定了它的代码 的可移植性( p o r t a b l e ) 。然而，要求在所有的计算机上安装同一种移动代理接受 7 东北大学硕士学位论文第二章移动代理概述 系统几乎是不可能的。要使代码在不同系统环境下能真正灵活移植，需要有标准 化工作的努力。o m gm a s i f 的标准已经迈出了第一步。下一步的工作，即是在特 殊的执行环境中进行类似虚拟机的标准化解决方案，其中包括对移动代理代码及 状态的标准化。f i p a 也为代理制定了相关规范。但是这些标准和规范目前并没有 成为真正的代理运行标准，而且这两个规范对于移动代理的说明也是相当有限， 因此，移动代理的标准化也是移动代理技术必须解决的重要课题。 4 ) 商业应用的艰巨性 移动代理技术作为一种新兴的分布式计算方式，不仅带来了技术上的革新， 也带来了网络应用服务领域的革新。如何在新的运营模式中划分各方的商业利益， 如何让商家特别是广大的网络用户接受移动代理技术所带来的新的网络服务方 式，也是移动代理技术走向成功的一个障碍。 2 2 移动代理的结构 首先，从系统的角度来看，移动代理应该包括以下三个部分：代码、状态和 属性。 代码用来实现代理的各项功能。理论上，移动代理的代码可以使用任何一种 程序设计语言，但是实际应用中，人们通常要求采用解释型语言或者是编译成解 释型中间代码语言，因为这样可以确保移动代理在异构主机之间的移动性和与系 统的兼容性。 状态是对移动代理当前状况的一种描述。当一个移动代理迁移到另一台主机 之后，状态信息被用来重新启动它继续先前的工作，比如移动代理的全局变量以 及代码的入口点标记等状态信息在迁移之前都必须保存在移动代理之中，以便移 动代理在迁移之后能够重新复位到迁移之前的状态。 属性是对移动代理本身的描述，比如它的唯一命名标识符、代理创建者所在 地、创建者所在地的地址、创建时间以及迁移的历史信息等等。属性通常还描述 代理迁移的限制因素、搜索水平、对资源的需求以及相关的认证信息等等。 其次，我们从移动代理自身的角度出发，来分析移动代理的体系结构。一个 移动代理的体系结构如图2 2 所示。 从图2 2 中我们可以看出，一个移动代理主要由a c l 模块、安全控制模块、 任务求解模块、数据库、知识库、内部状态集、约束条件集以及路由策略等八大 模块组成。 a c l 模块：a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 即代理通信语言。该模块 实现a c l 语义，保证使用相同a c l 的代理与代理之间、代理与代理执行环境之 8 查些查堂堡主兰垡丝查 苎三主壁型垡堡塑堡 图2 2 移动代理体系结构图 f i g 2 2 t h ea r c h i t e c t u r eo fm o b i l ea g e n t 间的正确通信和协商，而且通信内容的语义应当与a c l 无关。在移动代理体系结 构中，一般采用隐式通信和显示通信两种，前者是指移动代理能够感知环境和其 他移动代理的变化；后者是指通信双方直接交换信息，位于同一台主机上的移动 代理之间可以通过一些通信命令建立连接，进行直接数据传输，位于不同机器上 的移动代理之间则通过邮箱方式( e m a i l ) 进行通信。本文所设计的移动代理通信 机制，即一种显示通信方式。 安全控制模块：提供移动代理自身的保护，防止外部环境对移动代理的非法 访问。它常常要完成加密、数字签名等任务。 任务求解模块：包括移动代理的运行模块和移动代理任务相关的推理方法和 规则。运行模块包括移动代理的初始化程序和事件处理程序，前者在初始或移动 到另一个节点后启动事件处理线程，后者持续自主运行，感知外部环境的请求， 并依据内部的规则和状态产生动作。移动代理运行模块可以设计成任务独立的模 块，任务相关性由不同的推理方法和规则集来实现。 数据库：保存移动代理运行时所需的数据、中间结果和由移动代理采集处理 并将要发送给用户的数据。 知识库：为代理所感知的世界和自身模型，并保存在移动过程中获取的知识 9 东北大学硕士学位论文 第二章移动代理概述 和任务求解结果。 内部状态集：是移动代理执行过程中的当前状态，它影响移动代理的任务求 解过程，同时移动代理的任务求解又作用于内部状态，内部状态必须实现持久化 的支持跨平台的持续运行。 约束条件集：是移动代理创建者为保证移动代理的行为和性能而设置的约束 参数的集合，如返回时间、站点停留时间和任务完成程度等。一般只有创建者拥 有对约束条件的修改权限，创建者可以通过用户接口( u i ) 来实现对约束条件集 的设定和修改。这些约束条件一方面由移动代理实现，另一方面通过移动代理的 服务环境来保证。 路由策略：决定了移动代理要移动到的目标主机的有序列表。具体的移动路 径由网络的i p 协议决定。对于简单明确的任务求解过程，可以采用静态的路由策 略，即事先给出一张目标主机的有序列表。这张列表可以由代理用户通过u i 直接 给出，也可以由移动代理发起方的服务环境给出。但对于网络结构和信息内容都 动态变化的移动代理应用平台，以及复杂和非确定性的任务求解过程，则要采用 动态的路由策略。移动代理的路由策略保证了移动代理可以自主的移动。 2 3 移动代理的功能 移动代理的功能主要有迁移、通信、运行时支持和安全性【6 1 。 迁移是指移动代理能从一个主机移动到另一个主机的能力。这种类型的移动 不同于其它情况下代码的移动，如负载均衡系统中进程的重新分配。移动代理的 迁移是出于它自身明确的需要，而不是操作系统的某个指令。也就是说在移动代 理系统的实现中包括了一条语句或者库函数调用，例如“m o v et o ”，这里 是移动代理希望访问的下一个主机，当这一语句被执行，移动代理会经历以 下过程：挂起一 编码( 按传输协议) 一 传送到新主机一 解码一 重新执行。 通信指的是移动代理同主机系统以及其它移动代理之间进行信息交流的能 力。移动代理之间通信的方式主要有：消息传递、事件机制、共享存储空间以及 远程过程调用等等。 运行时支持指的是移动代理的实现语言必须提供相应的操作来实现移动代理 的移动性和通信服务。这些操作包括让移动代理迁移到适当的服务器上，访问信 息空间，同自己的所有者交流一些中间结果等等。另外移动代理还应该能够检查 其自身的属性，管理自身对主机的访问权限等等。 安全性是移动代理系统目前所面临的重要问题之一。安全性主要包括两个方 面，即保护主机不受恶意移动代理的攻击和保护移动代理不受恶意主机的攻击。 】0 东北大学硕士学位论文 第二章移动代理概述 目前比较可行的方法是使用可信、公正的第三方作为执行某些敏感事件的会聚点。 另外采用相应的加密算法也可以防止移动代理在迁移的过程中被偷窥或者控制。 2 4 移动代理系统介绍 2 4 1 移动代理系统组成 我们要完整地理解移动代理技术，就需要从移动代理系统的角度出发。 移动代理系统由代理和移动代理环境两个部分组成，代理分为移动代理( m a ) 和服务代理( s a ) 。 、 鹕m a e 、 j m a e 茹 黼 、 o s o s jj o s h 0 s th o s th o s t n e t w o r k 图2 3移动代理系统不意图 f i g 2 3 t h es k e t c hm a po fm o b i l ea g e n ts y s t e m 如图2 3 所示，移动代理环境( m a e ) 是一个分布在网络各种计算设备上的软 件系统，它也被称为移动代理服务器或移动代理平台，是创建、解释、执行、传 送和终止代理的平台。它一般建立在操作系统之上，为代理提供运行的环境。 移动代理是可以按照它自主决定的路由方案在网络节点上的移动代理平台之 间进行迁移的程序，它一般由应用程序创建来代替用户执行相应的任务和行使相 应的职能。 服务代理有时也被称为静态代理或者系统代理，它往往由代理系统创建，可 以访问系统资源，主要用来以相互通信的方式为移动代理提供各种服务，例如资 源获取、数据存储等等。 2 4 2 典型移动代理系统 移动代理系统( m a s ) 的研究目前很活跃，目前有6 0 多种移动代理系统存在 【 。绝大多数系统都是在j a v a 语言之后出现的，大部分系统都还只是原形系统。 它们的针对性不同，实现方法也各有千秋。下面我们讨论几个比较成熟具有代表 1 】 东北大学硕士学位论文 第二章移动代理概述 性的移动代理系统。 ( 1 ) t e l e s c r i p t 【7 ，8 】 t e l e s c r i p t 是由g e n e r a lm a g i c 公司开发的，是第一个商品化的m a s ，首次应 用于a t & t 公司p e r s o n a ll i n k 网络中。从技术角度讲，t e l e s c r i p t 已经是一个非常 完整的移动代理系统，它的缺点是消耗计算机资源太多【9 】( 要求9 6 m 的内存资源) ， 售价也高。随着基于j a v a 的m a s 出现，它已没有了生命力。 ( 2 ) d ，a g e n t 【1 0 ，1 1 】 d a g e n t 是由d a r t m o u t h 大学开发的移动代理系统，以前称为a g e n tt e l 1 2 1 。 d a g e n t 有类似t e l e s c r i p t 的服务器模型，支持多种语言，包括t c l ，j a v a 和s c h e m e 。 它的体系结构可以分为4 层，分别是a p i 层、服务器层、核心层以及语言解释器 层。 ( 3 ) m o l e 【1 3 ，1 4 】 m o l e 是德国s t u t t g a r t 大学开发的基于j a v a 的移动代理系统。模型的主要概念 是代理和场所( p l a c e ) 。代理分为移动代理和系统代理两种。m o l e 的移动代理通过 和系统代理交互完成任务，移动代理只能和主机或其它代理通信而没有直接访问 资源的权限。值得一提的是，m o l e 研究人员在对如何保护a g e n t 不受主机的恶意攻 击1 5 ，1 6 1 进行研究。 ( 4 ) a 9 1 e t 1 7 ，1 8 】 a g l e t 是最早开发的基于j a v a 的移动代理系统，也是最受欢迎的移动代理系统 1 9 】。它的设计非常简洁，紧紧追寻j a v a 模型。a g l e t 移动代理被视为一个移动的j a v a 对象，c o n t e x t 是a g e n t 工作场所，它是一个静态对象，维护和管理a g e n t 的运行并 保护主机系统不受恶意a g e n t 的攻击。关于a g l e t 的更详细的系统分析，将在本文 的后续部分给出。 1 2 东北大学硕士学位论文 第三章移动代理通信技术 第三章移动代理通信技术 3 1 代理通信分类 移动代理通信技术是移动代理的基础核心技术之一。我们首先来讨论传统的 移动代理通信技术的分类。移动代理通信的分类可以按照两种方式划分。 第一，根据通信的实现方式不同，可以分为基于消息传递的通信和基于元组 空间的代理通信两大类【2 们。 第二，根据通信对象的不同，移动代理通信可以分为移动代理和服务代理之 间的通信，移动代理之间的相互通信以及移动代理和用户之间的通信三大类2 。 就第二种分类方法，我们详细说明如下。 移动代理和服务代理之间的通信，主要是用于对主机资源的访问和返回计算 结果。此时，移动代理和服务代理之间构成了客户服务器的关系。因此，通常， 我们可以采用r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 或者r m i ( r e m o t em e t h o di n v o k e ) 来 实现。 移动代理之间的相互通信，同上面的移动代理和服务代理之间的通信截然不 同。移动代理相互通信过程中，通信双方是对等的关系，而不是客户服务器的关 系。每一个移动代理都有自己的议事日程( a g e n d a ) ，因此必须根据它们的目标和 需要来初始化和控制它们的交互。由于通信双方是对等的关系，因此请求应答方 式不再能够满足这种对等的通信方式，而必须通过消息传递机制、事件触发机制 以及基于这些机制的高层协作协议来实现，比如代理组内部匿名通信就需要相应 的组通信协议、元组空间和复杂的事件管理来支持和实现。 移动代理和客户之间的通信是实现用户网络访问个性化的重要途径之一，它 主要面临的挑战是移动代理的智能化程度和人机交互过程中知识表达的格式以及 各种格式之间的相互转换。 3 2 代理通信模式 代理系统中常见的代理与代理通信的模式2 2 1 大致可划分为五种，分别是：无 通信、消息传递、方案传递、黑板和代理通信语言等。 3 2 1 无通信( n oc o m m u n i c a t i o n ) 模式 代理通过“理性”思考和推理而不以通信的方式，得到其它代理的任务方案 ，1 3 东北大学硕士学位论文 第三章移动代理通信技术 或计划。