（机械制造及其自动化专业论文）基于移动agent的制造资源共享技术研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 在经济、市场全球化的大环境下，制造业也必然要走向全球化，成为全球 大制造系统中的一员。制造企业必须依靠先进的通讯、信息技术，加速与先进 制造技术的融合，加速开发满足t ( t i m e ) ，q ( q u a l i t y ) ，c ( c o s t ) ，s ( s e r v i c e ) 要求的符合市场需求的产品，以提高企业在激烈市场竞争中的整体生存能力。 在这种背景下，每一个产品的开发生产企业都必须要经过与上游( 供应商) 、下 游( 销售商) 的紧密联系和配合才能能够很好的完成，即在一个大协同的环境 下来完成产品的全生命周期。面对以上难题，网络化制造的概念和模型随着 i n t e m e t 迅速发展而被越来越多的学者和企业所接受。 为了解决在对制造资源网络化改造过程中的资源的自治性、分布性、异构 性和管理的多重性难题。本文引入移动a g e n t 技术来解决制造资源在网络化共享 中诸多难题。利用移动a g e n t 的自治性来实现对制造资源服务结点的自治管理， 实现网络化制造资源的自治性要求；利用移动a g e m 的天然异构能力来解决制造 资源的异构的难题；利用移动a g e n t 的迁移性和自执行能力来实现对制造资源的 有效封装和共享利用。在对资源共享平台的用户对象、资源类别、功能需求分 析的基础上，构建基于a s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ) 构架的统一的资源共 享平台的框架模型，构建了统一资源共享平台的体系结构。 基于移动a g e n t 的a s p 平台实现了对制造资源的封装发布到有效共享。建 立了用于资源封装的移动a g e n t 资源封装模型和流程，通过对制造资源的移动 a g e n t 封装，实现将制造资源封装成为平台的资源服务结点。众多的资源服务结 点形成平台的a s p 服务。 在构建的统一资源共享平台的基础上，提出了最小服务单元的概念和模型， 进而得出资源服务结点基于最小服务单元的服务当量的意义。在此基础上，建 立了以最d , n 务单元为基数的a s p 平台的服务评价体系。实现对平台或者服务 结点的服务质量和服务能力的有效评估和计算。将资源的服务当量引入到资源 服务结点的描述量中，并且考虑资源的服务的时效性因素得到对于资源服务结 点的描述，该描述同样具有实效性。对资源服务结点的描述主要用于对资源的 快速检索、筛选、定位，从而更好的为平台用户服务。 关键词：资源共享；移动a g e m ：a s p ；服务评估； 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t g l o b a le c o n o m yw i l lb r i n gg l o b a lm a n u f a c t u r i n g e a c hm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e w i l lb e c o m eam e m b e ro ft h ef a m i l yo fg l o b a lm a n u f a c t u r e i no r d e rt od e c r e a s ec o s t o fp r o d u c t ，i m p r o v eq u a l i t yo fp r o d u c ta n ds h o r t e nt h ed e s i g nt i m e ，m a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e sm u s tt a k ea d v a n t a g eo ft h ea d v a n c e dc o m m u n i c a t i o na n di n f o r m a t i o n t e c h n o l o g yt oi n o s c u l a t et h ea d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y i nt h i sw a y , t h e e n t e r p r i s e sc a l li m p r o v et h e i rw h o l es t r e n g t hs u r v i v i n gi nm a r k e tc o m p e t i t i o nw h i c h i sm o r ea n dm o r ef u r i o u s m o r ea n dm o r er e s e a r c h e r sa n de n t e r p r i s e sp a i dm o r e a t t e n t i o nt os h a r i n gm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e si nn e t w o r k h o w e v e r , i no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m si ns h a r i n go u rm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e si n n e t w o r k ，s u c ha s d i s t r i b u t e dr e s o u r c e si ng e o g r a p h y , m u l t i f o r mo fr e s o u r c e s ， a u t o n o m ya n dm u l t i a d m i n i s t r a t o r so fr e s o u r c e w ei n t r o d u c e da g e n tt e c h n o l o g yt o s o l v ea b o v e m e n t i o n e dp r o b l e m s a u t o n o m ya b i l i t yo fa g e n ta n dh a r m o n ya b i l i t yo f m u l t i a g e n tw e r eu s e dt os o l v et h em a n a g e m e n ta n dc o n t r o lp r o b l e m si nn e t w o r k e d s h a r ea n dn e t w o r k e dc o o p e r a t i o n a f t e rd i s c u s s i n gt h ea d v a n t a g eo fm o b i l ea g e n t ，w ed e v e l o p e dan o v e la s p p l a t f o r ma r c h i t e c t u r eb a s e do nm o b i l ea g e n t ，d i s c u s s i n gt h ef u n c t i o nr e q u i r e m e n t , t h e v a r i e t i e so fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ea n dt h ec u s t o m e r so ft h ep l a t m a n u f a c t u r i n g r e s o u r c e sa r ee n c a p s u l a t e di n t os e r v i c en o d e so ft h ep l a t f o r mb yu s i n ge n c a p s u l a t i n g a g e n t t h es t r u c t u r ea n do fe n c a p s u l a t i n ga g e n tm o d e lw a sd e s i g n e da n dt h ef l o wo f r e s o u r c ee n c a p s u l a t e dw a si n t r o d u c e d r e s o u r c e sa r ei nc h a r g eo fr e s i d e n ta g e n ti n s e r v i c en o d ea n da s s i g n e db yp l a t f o r mt h r o u 曲n e t w o r kc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eo f r e s i d e n ta g e n t t h ec o n c e p ta n dm o d e lo fl e a s t - s e r v i c ec e l lw e r ei n t r o d u c e d m o r e o v e r , t h e c o n c e p to ft h es e r v i c ee q u i v a l e n tq u a n t u mo fr e s o u r c es e r v i c en o d e sw a si n t r o d u c e d as e r v i c ee s t i m a t es y s t e mf o rt h ep l a t f o r mw a sd e s i g n e db a s e do nl e a s t - s e r v i c ec e l l a n ds e r v i c ee q u i v a l e n tq u a n t u m s e r v i c ee s t i m a t i n gs y s t e mp r o v i d e sas t a n d a r df o r e s t i m a t i n gt h eq u a n t u ma n dq u a l i t yo f t h es e r v i c eo f t h ep l a t f o r m t h er e s u l th e l p st h e c u s t o m e r st od e c i d ew h i c hs e r v i c en o d ei st h em o s ts u i t a b l eo n ef o rt h e i r r e q u i r e m e n t s ad e s c r i p t i o nm o d e lo fr e s o u r c es e r v i c en o d e s ，w h i c hw a su s e df o rs p e e d i n e s s i i 武汉理上火学硕士学位论文 s e a r c h i n ga n dg o i n gt ot h er e s o u r c es e r v i c en o d e s ，w a si n t r o d u c e di n c l u d i n gs e r v i c e e q u i v a l e n tq u a n t u mc o n s i d e r i n gt h ep r o b l e mo f o v e r t i m e k e y w o r d s ：r e s o u r c es h a r i n g ；m o b i l ea g e n t ；a s p ；s e r v i c ee s t i m a t e ； 【i 此页若属实，请申请人及导师签名。 独创性声明 v86 0 6 2 7 本人声明，所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一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了谢意。 研究生签名：捌日期趔! ：兰璺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅； 学校可以公布论文的全部内容，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生签名：黟导师签名：驻日期二趔 注：请将此声明装订在论文的目录前。 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 前言 第1 章绪论 制造业是国家经济的基础，这一点已被各国所认同。随着信息技术和互联 网技术的飞速发展，制造技术正面临着前所唯有的挑战和变革。 在经济、市场全球化的大环境下，制造业也必然要走向全球化，成为全球 大制造系统中的一员。制造企业必须依靠先进的通讯、信息技术，加速与先进 制造技术的融合，加速开发满足t ( t i m e ) ，q ( q u a l i t y ) ，c ( c o s t ) ，s ( s e r v i c e ) 要求的符合市场需求的产品，以提高企业在激烈市场竞争中的整体生存能力。 在这种背景下，每一个产品的开发生产企业都必须要经过与上游( 供应商) 、下 游( 销售商) 的紧密联系和配合才能能够很好的完成，即在一个大协同的环境 下来完成产品的整个生命周期。即便如此，信息传达的不够及时，不够准确或 者资源配置不够合理等诸多因素都有可能造成产品无法占领市场而遭到市场淘 汰的结局。面对以上难题，网络化制造的概念和模型随着i n t e m e t 技术的迅速发 展而被越来越多的学者和企业所接受。 将传统的制造资源实现在网络化制造中共享利用对制造企业在降低制造成 本、提高产品质量、缩短生产周期、优化资源配置以及提高企业和行业竞争力 等方面都有重要的意义。 首先网络化制造技术借助先进的网络和信息技术，可以显著提高空间上分 布的组织机构之间的经营效率，特别是有效的减少企业规模扩大带来的通讯管 理等方面的成本。网络化制造方式能够促进企业员工信息、知识的有效共享和 自有交流，实现异地的信息集成，同时可以减少合作企业之间日趋昂贵的交互 费用，降低企业寻找合作伙伴以及企业间合作的成本。通过降低内部制造成本 以及企业间交流合作的费用，从而达到降低制造成本的目标。 其次企业运用网络化制造技术，可以更快捷地寻找到该行业中自己满意的 合作伙伴。而且，通过网络化制造系统，可以共享该行业的先进制造技术，博 取众长，解决本企业的技术难题，从而提高产品质量。 武汉理工大学硕士学位论文 第三，网络化制造可以有效缩短产品生产周期。制造企业通过网络化制造 系统在网络上与顾客进行在线交流，通过网上的虚拟样品展示等功能，可以减 少设计、制造过程中的往返时间，产品的开发也更能贴合用户的需求。同时， 网络化制造模式也使得多个企业之间的协作能够更为畅通，直接使得产品的整 体开发周期缩短。 第四，网络化的制造模式可以实现资源的优化配置。通过实施网络化制造， 可以在一定的区域内，甚至全社会范围内实现制造资源、智力资源、知识资源 的优化整合。将企业富余的制造资源通过网络，以服务的形式提供给其他需求 用户使用，从而减少资源闲置率，提高资源的整体利用率。 最后网络化的制造模式促进企业的竞争力。通过实施网络化制造可以提高 企业的产品创新能力，从而增强企业竞争力。通过区域化的网络协作可以实现 区域经济的腾飞。 上世纪9 0 年代，香港理工大学的李荣彬教授对网络化制造的概念和原理进 行了定义和描述，并提出了分散网络化制造系统的概念【l j 。 清华大学的范玉顺教授则对网络化制造的定义和内涵进行了规范和界定， 并对网络化制造的关键技术进行了阐述和讨论【2 】。 上海交通大学的严隽琪教授在分析了2 l 世纪制造业发展的现状和趋势的基 础上，提出了基于i n t e r n e t 的信息和知识共享策略，并据此阐述了数字化网络化 制造的重要性，同时对网络化制造的概念和关键技术进行了讨论【3 j 。 重庆大学的刘飞教授对网络化制造的定义、内涵特征体系进行了描述。同 时，在此基础上，归纳出了支撑网络化制造的技术体系。从而使网络化制造的 概念和实现得意清晰的呈现【4 5 】。同时提出了网路化制造的体系结构，并对其功 能层次进行了划分，对后续网络化制造的研究提供了借鉴【6 ”。天津大学的张聪 慧等人提出的基于网络的区域制造业网络化协同设计制造平台系统j ，以区域 内的制造业为研究对象，提出了运用于区域制造企业系统设计制造的统一的共 享平台的系统模型构架。西南交通大学的孙林夫等人t 9 在分析了网络协同的功能 要求的基础上，提出了四层结构的网络协同设计平台体系结构。上海大学的郑 怀亮等人【1 0 】在分析当前制造领域的制造资源集成问题之后，引入当前先进的正 在发展的网格技术，提出了制造网格的概念。目的在于充分利用先进和开放的 网格技术，标准化各种网络化制造手段和方式，建立快速制造网格。 美国通用电器公司项目计算机辅助制造网( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g 武汉理工大学硕士学位论文 n e t w o r k ，c a m n e t ) 的应用目标是通过i n t e m e t 提供多种制造支撑服务，企业能 够通过i n t e m e t 实时、交互地共享各种制造资源和服务【1 1 】。贵州工业大学的谢庆 生教授在分析了基于a s p ( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ) 模式的网络化制造的基 本特点和应用背景的基础上【1 2 1 ，提出了一种基于a s p 的网络化制造的系统结构 模型。通过网络构建，区域内、区域间的技术、信息、资源的统一交流和共享 平台，可以向用户提供基于本平台的资源服务，为用户提供一个资源发布、资 源封装、资源搜索、产品定制等服务的平台。a s p 平台将资源、信息等作为特 殊的服务提供给用户，满足不同需求的用户，让闲置的资源得到合理的利用， 它可以提供的服务有：软件服务( c a d ，p d m ，e r p 等) ，技术服务( 协同设计， 产品定制，c a e t ”】等) 硬件资源服务( 存储，计算，加工等) 。a s p 平台不仅仅 是一个推销“产品”的商务网站，更多的应该是直接对用户的服务的提供，是 对企业信息、资源、能力的扩展【1 4 】。 所谓应用服务提供( a p p l i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r ，a s p ) 是指企业联盟或a s p 服务商将应用软件及相关硬件通过i n t e m e t 网远程租赁给盟友企业或客户，利用 集中管理的设施为盟友企业或客户提供应用配置、托管、产品设计计算与绘图、 信息与资源管理等访问服务，以低运营成本提供一套应用服务解决方案。在a s p 模型中，相应的应用软件和硬件不租回或安装到企业或客户处，企业或客户无 需购买软件，只需交纳a s p 服务租金即可使用所需资源服务。 a s p 作为i t 应用服务的一种新模型，目前几乎被业界一致看好，成为新世 纪最受人瞩目的网络商业模 式的亮点。i n t e m e t 的普及、 宽带的发展、人员的短缺， 这些都为推动a s p 产业提 供了必要的条件。越来越多 的软件厂商、系统集成厂商、 网络服务提供商正在向a s p 市场过渡。 a s p 的运作方式如图 l 一1 所示。a s p 可以是由一 家公司组成，为企业提供全图1 - 1a s p 的运作方式 套服务，但更多可能是由众 武汉理工大学硕士学位论文 多不同领域的厂商协力合作，共同为企业提供网络基础设施、应用程序及系统 实施等服务，并由与客户签约的a s p 为服务质量全面负责。由图1 - 1 也可看出， a s p 模型实现了一个公共数据平台，促进了供应商、制造商、经销商与客户之 间的双向信息交流，方便企业实现供应链管理和实施电子商务【l5 1 。 a s p 模式是一种较好地实现跨企业、跨地域资源、信息集成的集成模式。 也是近年来的研究热点。因此，构建基于a s p 服务模式的统一的资源( 包含产 品) 共享平台，将跨企业跨区域的闲散资源利用起来向制造企业提供服务。通 过统一资源共享平台来实现对跨企业，跨区域制造企业信息的集成可以有效的 提高制造资源的利用率，并能有效地提高制造企业信息化程度。进而提高企业 快速响应市场的能力，提高企业的生存能力。对于跨企业或者跨区域的制造资 源，要实现统一的共享调用，可行的方式有： 1 )开发全新的适用网络化制造的制造资源来取代现有的制造资源。比 如：支持网络化制造的网络数控，基于w e b 的c a x ，基于w e b 的p d m 或者基于w e b 的e r p 等。这些全新的制造资源可以很容易的直接接 入到制造网络中去实现统一的共享调用。 2 )对现有的制造资源进行网络化改造，使之能够较为方便的接入到制造 网络中为我所用。 第一种可以从根本上实现对资源的网络化，因此可以最有效地实现对现有 制造资源的网络化改造。但是这种方式具有极大的浪费性，也需要巨大的费用， 难度也很大，要求将现有的非网络化的制造资源全盘抛弃，显然不具备有可操 作性。显然，第二种方式更符合我们的实际要求。因此，开发适合对制造资源 进行网络化封装的适配器( a p p l i c a t i o np r o g r a mi n t e r f a c ea p i ) ，通过适配器实现 对现有资源的网络化共享和调用成为近年来的又一研究热点。 对于现有制造资源的网络封装研究，主要有以下几个研究方向：c o r b a 、 c o m d c o m 以及多a g e n t ，并且已经取得了一定的研究成果 1 6 - 2 4 】。 上海制造热线开发了上海敏捷制造网络集成平台。建立了以上海电气集团 总公司、电梯等有关企业和上海交大、同济、上海大学等高校、研究所等网络 互联成一体的上海先进制造网络体系。实现基于网络的制造资源共享和设计制 造过程的集成，建立了以网络为基础的、面向广大中小企业的先进制造技术虚 拟服务中心和c a d c i m s 培训中心网络，建立了上海网络化制造的示范工程。 主要提供信息服务、资源共享、创新产品的异地设计与制造的应用服务服务内 武汉理工大学硕士学位论文 容、远程培训等服务项目1 2 5 ：，以西南交通大学c a d 工程中心和四川省制造业 信息化生产力促进中心为主导的网络化制造平台提供了区域资源配置中心、制 造业产业协作中心已经技术支持中心等服务中心【2 6 1 。 由西北工业大学承担的“面向资源共享的制造网格方法研究”课题以制造资源 为核心，建立其制造网格环境下的资源模型，将其封装为制造网格的资源节点； 构建具有先进性、通用性、开放性、可进行二次开发的制造网格服务平台核心 系统；面向制造领域的应用需求，构造解决制造问题的应用环境，提供与制造 过程相关的制造服务。该项目完成的“面向资源共享的制造网格系统”实现了网格 资源注册工具集，网格资源检索工具集，网格任务管理工具集，标准件库网格 服务在线使用工具集等网格服务，有效地支持企业面向资源共享时的应用【2 。 但是，在实际运用中，这些模型和结构都或多或少的存在着一定的不足之 处，具体表现在： 1 ) 整体系统缺少柔性。在适配器开发完成后，对某种制造资源实现封装以 后就很难实现对其的更改和变化。因为对于某类资源的封装a p i 实现 后，即已经编译成为了可执行程序或者动态链接库或者其他的自身的封 闭形式。如果制造资源发生较大的变化，那么相应的封装a p i 就要进行 代码更改，重编译。这些都需要较高能力的技术人员进行操作。 2 ) 系统的维护和安全得不到保证。因为用于封装资源的a p i 程序都是运行 在需要封装的资源端。系统升级时必须逐个对资源封装的a p i 进行升 级，才能实现对整个网络系统的升级。因而造成了对系统的维护不便。 1 2 论文的研究背景 1 2 1 课题的来源 本论文研究工作的丌展，得到了以下项目的支持： ( 1 ) 国家科技攻关计划项目“支持网络制造的协同交互与资源共享平台研 究与产业化”( n o ：2 0 0 3 b a l 0 3 c ) ( 2 ) 国家自然科学基金项目“网络环境下的数字制造基础理论与关键技术 研究”( n o - e 0 5 5 0 3 3 5 0 2 0 ) 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 2 课题研究的目的和意义 由于制造资源的特殊性，在对制造资源进行网络化共享的过程中必然要解 决如下几个方面的难题： 首先，资源的分靠性和异构性。资源的分布式是实现资源共享的首要难题， 它表现为物理的分布式。在大协同的环境下，每一个产品都需要产品链的多个 环节多次的协同协作。任何企业都无法依靠自身的资源来满足其生产适应市场 变化的产品的需要，市场的快速变化对企业间的协同协作提出了更高的要求。 就算是同一企业同样也是面临着不同物理位置的制造资源的集成共享问题。 其次，资源的动态性与多样性。制造资源的动态性包括动态增加和动态减 少两个方面的含义。同一个企业，其对于不同的产品有着不同的产品链。对资 源的需求也不尽相同。为了适应日益变化的市场，必须要有紧跟市场的产品， 这样就必然导致了资源需求的多样性和动态性。同时，对于某一资源，也有因 为自身原因或者工作要求而无法共享，或者重新共享，这些都造成了资源的动 态性和多样性。 最后，资源的自治性与管理的多重性。制造资源首先是属于某一个组织或 者个人的，因此制造资源的拥有者对该资源具有最高的管理权限。资源的贡献 使得资源的使用者拥有对该资源的一定的使用操作权限。因此，需要统一处理 好这些操作权限对相应资源的操作，避免操作冲突。 因此，如何合理的调配区域以及区域之间资源来合理的共享利用，如何及 时准确的得到来自产品链的上下游各个部分的信息来指导企业的规划、生产已 经成为制造企业无法逃避的问题。 本课题研究的目的是要解决对现有制造资源的网络化改造，利用移动a g e n t 的自治性来实现对制造资源的自治管理。利用移动a g e n t 的迁移性和自执行来实 现对制造资源的有效封装。进而构建基于a s p 构架的统一的资源共享平台。建 立合理的服务评价体系实现对平台或者服务结点的服务质量和服务能力的有效 评估和计算。 1 。3 论文的主要研究内容 本文在所在实验室承担的国家自然科学基金和国家科技攻关计划相关项目 6 武汉理上火学硕士学位论文 的课题支撑下，对现有制造资源的网络化共享、网络化制造服务的评价体系等 进行了研究。针对传统制造资源的异构、自治性等特点，引入了移动a g e n t 技术 来解决制造资源在网络化共享调用过程中的自治和管理多重性等难题。 在结合移动a g e n t 的优点和a s p 服务平台理论的基础上，提出了基于移动 a g e n t 的a s p 制造资源统- - ) e 务平台的理念。在分析统一资源共享平台的需求 和功能的基础上，提出了基于移动a g e n t 的统一资源共享平台体系结构。进而， 提出了移动a g e n t 的资源封装模型和移动a g e n t 的协同协作模型。 引入最小服务单元的概念，并实现了以最小服务单元为基数对基于统一资 源共享平台提供的服务进行量化评价的评价体系。实现了对a s p 平台的量化输 入和量化输出过程。在服务量化的基础上，对资源结点实现了具有时效性的网 络化描述。 1 4 本文的结构 本文主要围绕构建基于移动a g e n t 的统一资源共享平台来展开。 第1 章对该领域的国内外研究现状进行了分析，并提出的各种资源的共享 方式进行了优劣对比，总结出了制造资源在网络化共享过程中的难题和问题。 第2 章首先介绍了a g e n t 以及多a g e n t 的定义和特性，进而对移动a g e n t 的性能和特性进行了阐述。对构建的统一资源共享平台的用户类型，平台服务 请求类型，以及整体平台的功能进行了分析。并提出了基于移动a g e n t 的统一资 源共享平台的整体构架。 第3 章为了实现将制造资源封装进入到统资源共享平台，构建了基于移 动a g e n t 的动态封装流程和模型。 第4 章为了使平台的各个功能模块有机协调的运行，对基于移动a g e n t 的 协作协调机制进行了阐述，并针对资源服务结点的特点对合同网协议进行了一 定的改进。使得移动a g e n t 的协作协调更有效率。 第5 章参照功率的概念，提出了最4 , 1 艮务单元的概念和模型，进而提出了 基于资源结点服务当量的平台服务评价体系。 第6 章对移动a g e n t 的模型进行了实例开发，并对统一平台的功能模块进 行了设计和部分开发工作。 第7 章对全文的研究内容和取得研究成果进行了总结和展望。 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章基于移动a g e n t 的资源共享平台体系结构 2 1 a g e n t 以及多a g e n t a g e n t 的原意为“代理”，即一个人代表另一个人( 或组织) 去完成某件事情 或者任务。在计算领域a g e n t 可认为是 被授权的“个人软件助理”，是一种在 分布式系统或协作系统中能持续自主 地发挥作用的计算实体【2 8 】。 a g e n t 的概念出现于2 0 世纪7 0 年 代的人工智能( a r t i f i c i a li n t e l l i g e n t ， a i ) 中，8 0 年代后期才成长起来，由 于分布式并行处理技术、面向对象技 术、多媒体技术、计算机网络技术，特 图2 - 1 移动a g e n t 迁移模型 别是i n t e m e t 和w w w 技术的发展，a g e n t 已经成为灿和计算机领域最活跃的 研究内容之一。 著名a g e n t 理论研究者、英国的w o o l d r i d g e 博士和j e n n i n g s 教授认为：a g e n t 是一个具有自主性、社会能力、反应性和能动性等性质的基干硬件或( 更经常 的) 基于软件的计算机系统，并且给出了关于a g e n t 的集中定义 2 9 1 ： 弱定义a g e n t 一般用以说明一个具有自主能力、社交、能力、反应能力 和预动能力的软硬件系统： 强定义a g e n t 不仅具有以上的特性，而且具有知识、信念、愿望、且的 等人类爿具有的特性。a g e n t 还具有游动、认知、自适应、协调、协作等特 性【2 9 - 3 2 1 。 a g e n t 的特点主要包括自主性、进化性、协作性、通信性、移动性等。 自治性：自治性是a g e n t 的根本特性。a g e n t 被初始化以后，就能够自动地 维持自身的状态。并且能在不需要用户干预的情况下，自主地做出某种反应和 对策。 反应性：反应性是指a g e n t 能对感知环境变化并对环境的改变及时地做出反 应的能力。 武汉理工大学硕士学位论文 协作性：a g e n t 的协作性体现了a g e n t 的社会性。m a s ( m u l t i - a g e n ts y s t e m ) 系统通过相互之间的协作来完成各种任务。 通信性：m a s 之间畅通的通讯保证多a g e n t 之间的相互交流，更好的实现 协作。在m a s 系统中，a g e n t 的通信性是相互协作、协商的基础。 移动性：移动性只是一部分a g e n t 的特性。所谓的移动性指a g e n t 可以在任 何状态下有规则的从一个节点移到一个新的节点上，并自动地维持原有的运行 状态。 单个的a g e n t 对问题的解决能力有限，这就是导致了多a g e n t 系统的出现。 m a s 通过信息使若干个的a g e n t 保持独立完成某一问题的求解的能力，多个 a g e n t 相互协助以完成更复杂的问题求解。多a g e n t 是指一组能够相互协调和相 互协作，但又能相互独立的a g e n t 组成的协调系统。依靠a g e n t 之间的协调协作 机制，可以完成大规模的问题求解问瓢，达到智能处理复杂问题的目的【3 3 3 。 2 2 移动a g e n t 移动a g e n t 是a g e n t 中具有强迁移能力的一类，移动a g e n t 可以一个移动 a g e n t 系统一般由三个部分组成：移动a g e n t 运行环境( m a e ) ，用户移动a g e n t ( u m a ) ，服务移动a g e n t ( s m a ) 3 5 - 3 7 。m a e 负责为m a ( 移动a g e n t ，指 u m a 和s m a ) 建立安全、正确的运行环境，为m a 提供最基本的服务( 包括 创建、传输、执行) ，实施针对具体m a 的约束机制、容错策略、安全控制和通 信机制等。m a 的移动性和问题求解能力很大程度上取取于m a e 所提供的服务， 一般来讲，m a e 至少应包括以下基本服务： 事务服务：实现移动a g e n t 的创建、移动、持久化、销毁和执行环境分配。 事件服务：包含a g e n t 传输协议和a g e n t 通信协议，实现移动a g e n t 间的事 件传递。 目录服务： 提供移动a g e n t 的定位信息，形成路由选择。 安全服务：提供安全的执行环境以及安全移动策略。 应用服务：提供面向特定任务的服务接口，实现移动a g e n t 与外部数据交换。 m a e 利用a g e n t 传输协议( a g e n tt r a n s f e rp r o t o c o l ，a t p ) 实现m a 在主机 间的移动，并为其分配执行环境和服务接口。m a 在m a e 中执行，通过a g e n t 通信语占( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ，a c l ) 相互通信并访问m a e 提供 武汉理工大学硕士学位论文 的各种服务。s m a 向来访的u m a 提供基于本地的服务：u m a 由用户产生，带 有用户的输入参数，在各个m a e 之间移动，接受s m a 的服务。服务完成后返 回到起始m a e 。 移动a g e n t 目f j i 已经从理论探索进入到实用阶段，涌现出了一系列较为成熟 的开发平台和执行环境。理论上移动a g e n t 可以用任何语言编写( 如c c + + 、j a v a 、 p e r l 、p y t h o n 等) ，并可在任何机器上运行，但考虑到移动a g e n t 本身需要对不 同的软硬件环境进行支持，所以最好还是选择在一个解释性的、独立于具体语 言的平台上开发移动a g e n t 。j a v a 是目前开发移动a g e n t 的- - l q 理想语言，因为 经过编译后的j a v a 二进制代码可以在任何具有j a v a 解释器的系统上运行，具有 很好的跨平台特性。 移动a g e n t 技术虽然已经研究了很多年，但直到1 9 9 6 年才出现了真正实用的 移动a g e n t 系统，目前使用的移动a g e n t 系统大致可以分为三类：一类是基于传 统解释语言的，一类是基于j a v a 语言的，另一类则是基于c o r b a 平台的。下 面介绍几个典型的移动a g e n t 系统，它们代表了当今移动a g e n t 技术的基本方向 和潮流i j ，j ： ( 1 ) g e n e r a lm a g i c 公司的o d y s s e s 作为移动a g e n t 系统专用语言的最早尝试，g e n e r a lm a g i c 公司开发的 t e l e s c r i p t 曾经在过去的几年里被广泛采用。t e l e s c r i p t 是一种面向对象的解释性 语言，用它编写的移动a g e n t 在通信时可以采用两种方式：若在同一场所运行， a g e n t 间可以相互调用彼此的方法；若在不同场所运行，a g e n t 间需要建立连接， 互相传递可计算的移动对象。t e l e s c r i p t 在开始出现时还是一个比较成功的移动 a g e n t 开发平台，其安全性和健壮性都比较好，执行效率也很高，t e l e s c r i i p t 中 的三个基本概念( a g e n t 、p l a c e 和g o ) 对移动a g e n t 做了一个很精辟的阐述：代 理自主移动( a g e n tg op l a c e ) 。 随着j a v a 的迅速崛起及其跨平台特性的逐步完善，t e l e s c r i p t 的优势慢慢消 失。 ( 2 ) i b m 公司的a g l e t a g l e t 是最早基于j a v a 的移动a g e n t 开发平台之一，a g l e t 的名字来源于a g e n t 和a p p l e t ，可以简单地将其看成具有a g e n t 行为的a p p l e t 对象。a g l e t 以线程的 形式产生于一台机器，需要时可以随时暂停正在执行的工作，并将整个a g l e t 分 派到另一台机器上，然后继续执行尚未完成的任务。从概念上讲，一个a g l e t 就 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 是一个移动j a v a 对象，它支持自动运行的思想，可以从一个基于a g l e t 的主机 移动到其它支持a g l e t 的主机上。 a g l e t 构造了一个简单而全面的移动a g e n t 编程框架，为移动a g e n t 之间的通 信提供了动态而有效的交互机制，同时还具备一整套详细而易用的安全机制， 这一切使得移动a g e n t 的开发变得相对简单起来。该平台是一个免费的开源平 台。 ( 3 ) r e c u r s i o n 公司的v o y a g e r v o y a g e r 可以看成是一个增强了的对象请求代理( o r b ) ，同其它移动a g e n t 系统相比，v o y a g e r 与j a v a 语言的结合更加紧密，既可用于开发移动a g e n t 系统， 也可用于创建传统的分布式系统。v o y a g e r 是一个纯j a v a 分布式计算平台，可用 来迅速生成高性能分布式应用程序，是代表当前技术水平的一个优秀的移动 a g e n t 开发平台。 目前的分布式计算主要采用远程过程调用、进程迁移、c s 结构等计算模型， 这些计算模型本身都存在一定的局限性，其中最明显的就是要求所有参与计算 的节点在进行交互时，都必须同时在网络中存在，如果某些所需资源暂时无法 访问到，则整个计算过程将失败。 移动a g e n t 的出现使得服务提供者与客户之间的通信不再是一台主机调用位 于另一台主机上的服务，而是向服务a g e n t 提供可执行的客户a g e n t 实体，通过 网络传送的消息也不再仅仅局限于数据，而是包含服务参数的客户a g e n t 实体对 象。在移动a g e n t 服务模型中，客户a g e n t 及其相应状态在接收方移动a g e n t 运彳亍环境( m a e ) 中完全代表了客户的所有请求和状态，因此在这种情况下， 网络的可靠性变得不再那么重要。这是因为移动a g e n t 的特点所决定的。 移动a g e n t 的优点就是它的特点，主要有以下七点【3 8 】。 ( 1 ) 降低网络负载： 这一特征概括了基于移动a g e n t 的分布式计算的特点，即将计算移往资料， 而不是将资料移往计算，大大减少了网上原始资料的流量。在传统的模式下， 客户的程序在本地执行，为了完成用户的操作，所有的数据都要通过网络进行 传输，如果用户的操作涉及到大量的数据，这会增加网络的负载；而移动a g e n t 把代码移动到数据源执行只给用户返回最终的执行结果，这样就大大减小了网 络传输的负担。图2 2 显示了移动a g e n t 与r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 对网络负 载情况的比较。 武汉理工大学硕士学位论文 h o s ta h o s tb a p p r o a c h 图2 - 2 移动a g e n t 和r p c 在网络负载方面的比较【3 8 】 ( 2 ) 降低网络依赖性： 在一些系统应用中，对环境做出实时反应是极为重要的，对此，移动a g e n t 技术提供了一个很好的解决方法，可以由中央处理器将移动a g e n t 派遣到系统 局部，直接执行控制器的指令，从而消除网络延迟带来的隐患。 ( 3 ) 包装不同的协议： 在分布式系统中进行信息和资料的交换时，为了使系统之间能够正确的理 解信息，这就需要协议的支持，即对传输的资料进行编码，对接收到的数据迸 行译码。但是由于效率和安全性等方面的原因，通常会遇到一方希望对协议进 行升级的情况，这常常需要对应用进行大量改动，甚至会造成系统的崩溃无法 正常工作。对此，移动a g e n t 可以移到远程主机上，通过专用协议建立私有资 料交换信道。移动传出协议与所携带的信息协议方式无关，这样就保证了对不 同协议的封装。 ( 4 ) 异步和自主执行： 移动设备通常依赖网络连接进行工作，有的任务，要求移动设备和网络之 间必须保持持续的连接，但这可能既不经济，在技术上也不可行。在这种情况 下，可以将任务嵌入到移动a g e n t 之中，后者可以派遣到网络上，之后，移动 a g e n t 便可以独立创建它的进程，异步自主的完成所有任务，移动设备可以在这 之后再连接网络，收看结果。 武汉理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 有较强的应变能力： 移动a g e n t 具有对周围环境的感知能力，以及在知识库的支持下对环境做 出反应的能力，并通过不断的学习增强自己的应变能力。 ( 6 1 自然的异构性： 移动a g e n t 的产生、派遣、招回、销毁，都只依赖于移动a g e t 的执行环 境。可以忽略平台的差异而独立于平台，因而可以很好的实现对异构资源的封 装。 ( 7 ) 健壮性和容错性： 移动a g e n t 在自身知识库的支持下具有一定的异常容错处理能力