（系统工程专业论文）移动agent技术及其在网络管理系统中的应用研究.pdf

摘要 摘要 随着网络规模的扩大、 复杂性的提高和网络应用的增多， 人们对网络管理( 特 别是复杂、 异构网络的管理) 的要求也越来越高。 一个好的网络管理系统应有助 于网络发挥其最大的效用，为用户提供满意的服务。 目 前， 大多 数网 络 管理 系 统 都 是 基于s n m p ( s im p le n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o c o l )协议， 这类系统虽然实现起来比 较简单，但在管理上缺乏足够的灵活 性和智能性，效率低、浪费带宽资源、负载不平衡、扩展性差、 异构网络管理适 应能 力差都成为其弊端。 近几年， 移动代理技 术 ( m o b i l e a g e n t ) 的 兴起， 给网 络管理带来了新的思路。 移动代理所具有的移动性和智能性等特点， 可大大提高 网管系统的灵活性和智能性，由管理器发出的具有检测或管理能力的智能移动 a g e n t ， 能 在本地进行检测、 数据 采集和简单的 分析判断; 利用它的平台 无关 性 又可方便地实现跨平台的网络管理，这在复杂网络的管理方面有着极大的优势。 将移动代理技术与基于s n mp的网管技术相结合， 是目前较为理想的网管方案。 本文首先在第二章回顾了代理和移动代理的基本概念和模型， 阐述了移动代 理技术相对于其他移动计算方法的优越性， 给出了移动代理系统的一般模型。 在 第三章，详细讨论了关键性技术一代理迁移机制的研究，给出了基于 j a v a的实 现方法。在第四章， 全面地介绍了网络管理系统， 包括概念、功能、 协议、 模式 等 4个方面。在随后的两章，在分析了传统基于 s n mp集中网管系统的诸多不 足的 基础上， 分别提出了 基于移动a g e n t 的网 管系统的 模型， 包括各功能 模块的 设 计、 系 统的 技术路线和实 现了网 管系统中 移动a g e n t 的 原型， 并 给出了 试验结 果和性能分析。 最后指出所做工作的不足， 给系统的进一步研究与开发指明了方 向。 关 键字: 移动a g e n t :网 管系统; s n m p 华南理工大学硕士学位论文 ab s t r a c t i n c r e a s i n g o f n e t w o r k c o m p l e x i t y a n d m u l t i p l y i n g o f n e t w o r k a p p l i c a t i o n s , t h e d e m a n d f o r b e t t e r n e t w o r k m a n a g e m e n t i s r i s i n g , e s p e c i a l l y f o r t h e m a n a g e m e n t o f c o m p l e x a n d h e t e r o g e n e o u s n e t w o r k s . a t p r e s e n t , m o s t o f t h e n m s s a r e b a s e d o n s n m p p r o t o c o l . a l t h o u g h e a s i l y i m p l e m e n t e d , t h i s k i n d o f s y s t e m s l a c k s s u f f i c i e n t f l e x i b i l i t y a n d i n t e l l i g e n c e i n m a n a g e m e n t , l o w e f f i c i e n c y , w a s t i n g t h e b a n d w i d t h d u e t o p o l l i n g , b a d l o a d b a l a n c e , s c a l a b i l i t y a l l c o m e t o b e i t s d i s a d v a n t a g e s . i n r e c e n t y e a r s , m o b i l e a g e n t t e c h n o l o g y h a s p r o v i d e d a n e w w a y t o m a n a g e n e t w o r k s , e s p e c i a l l y f o r c o m p l e x n e t w o r k s , s i n c e i t s m o b i l i t y a n d i n t e l l i g e n c e c a n g r e a t l y i m p r o v e t h e f l e x i b i l i t y a n d i n t e l l i g e n c e o f t h e n m s , a n d i t s p l a t f o r m i n d e p e n d e n c e c a n e a s i l y r e a l i z e m u l t i - p l a t f o r m n e t w o r k m a n a g e m e n t . t h i s d i s s e r t a t i o n f i r s t l y r e v i e w s t h e b a s i c c o n c e p t i o n a n d m o d e l o f a g e n t a n d m o b i l e a g e n t , p o i n t s o u t t h e a d v a n t a g e o f m o b i l e a g e n t c o m p a r e d w i t h o t h e r m o b i l e c o m p u t i n g m e t h o d s . c h a p t e r 3 h a s a d e t a i l e d r e s e a r c h o n t h e i m p l e m e n t a t i o n o f i m m i g r a t i o n o f m o b i l e a g e n t u s i n g j a v a t e c h n o l o g y . c h a p t e r 4 g i v e s u s a c o 叩l e t e i n t r o d u c t i o n t o n e t w o r k m a n a g e m e n t , c o v e r s c o n c e p t i o n , f u n c t i o n , p r o t o c o l a n d m o d e l . a f t e r p o i n t e d o u t t h e s h o r t c o m i n g o f t h e t r a d i t i o n a l s n m p - b a s e d m a n a g e m e n t s y s t e m , t h e f o l l o w i n g t w o c h a p t e r s p u t f o r w a r d t h e s y s t e m m o d e l b a s e d o n m o b i l e a g e n t , i n c l u d i n g s o m e f u n c t i o n a l m o d e l s , t e c h n i c a l p o l i c i e s . a n d a l s o , a m o b i l e a g e n t b a s e d n e t w o r k m a n a g e m e n t p r o t o t y p e s y s t e m i s i m p l e m e n t e d f o l l o w e d b y e x p e r i m e n t r e s u l t a n d p e r f o r m a n c e a n a l y s i s . f i n a l l y , t h e d i s s e r t a t i o n c o n c l u d e s w i t h t h e d e f i c i e n c y e x i s t i n g i n t h e f i n i s h e d w o r k a n d s h o w s t h e w o r k i n t h e f u t u r e a w a y t o f u r t h e r s t u d y . k e y w o r d s : m o b i l e a g e n t ;n e t w o r k m a n a g e m e n t s y s t e m ; s n m p a 华南理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已 经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名 了 .，乌日 期 、 啤 ” 卜 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权华南理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入 有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本 学位论文。 保密口， 在 一 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上相应方框内打 “ j ) 作 者 、 : j 、 .娜日 期 :,2. . y-;f- 月 。旧 导 师 签 名 : l 扫 vv k ， 日 期 : )-i 月 9 日 第一章 绪论 第一章 绪论 1 . 1网络管理研究的现实意义 当前计算机网络的发展特点是规模不断扩大，不仅网络的复杂性和异构性 越来越高， 而且网络中可供用户使用的网络资源( 硬资源和软资源) 也空前丰富。 在一个区域网( 如校园网、 企业网等) 内， 通常集成了多种网络操作系统 ( n o s ) 平台， 并且包括了不同厂家、 公司的网络设备、 计算机设备和通信设备等。 同时， 网络中还有许多网络软件提供各种服务。 随着用户对网络性能要求的提高， 如果 没有一个高效的管理系统对网络进行管理， 那么就很难保证向 用户提供令人满意 的服务。 随着 i n t e rn e t 上站点和用户数量呈指数级增长，网络上的资源管理日 趋复 杂， 己非系统管理员所能胜任。 网络系统规模的日 益扩大和网络应用水平的不断 提高， 一方面使得网络的维护成为网络管理的重要问题之一。 例如， 排除网络故 障更加困难， 维护成本上升等。 另一方面如何提高网络性能， 也成为网络系统应 用的主要问题。 虽然可通过增强网络内 各种关键设备 ( 如路由器、 交换机和服务 器等) 的处理能力来提高网络的性能， 但在网络运行过程中采用负载平衡、 网络 资源的安全防护等动态措施也是提高网络性能的重要方面。 而网络的动态性能的 提高主要是通过网络管理系统加以实现。因网络管理不善而导致的网上信息拥 塞、网络不通，己影响到i n t e r n e t 的应用性能。网络管理的自动化和智能化，己 成i n t e rn e t 急待解决的问 题之一。 1 .2网络管理的现状 网络管理的现状是它的发展在很大程度上滞后于网络规模的发展。其原因 可归结为两方面: 一方面，网络管理系统是一个庞大复杂的信息系统，其开发与建设决不是 _徽而就的事。 网络管理系统建设的一条重要的规律是: 其建设是一个持续时间 较长的过程。 网络管理系统的建设， 一般要经过以 下三个阶段: 搭建框架的初级 阶段;管理功能等管理要素提高和完善的建设阶段;产生管理效益的收获阶段。 另一方面，长期以来，网络管理的重要性不被人们所认识。在通信领域与 在其它领域一样， 人们往往看局部多， 看整体少， 重视硬件设备而忽视软件。 事 华南理工大学硕士学位论文 实上， 要实现提高网络的服务质量和降低运行成本， 加强对网络的管理才是一个 根本的办法。 目 前， 国内 外有许多网 络管理系统的 产品， 例如 h p 的o p e n v i e w , c o m p a q 的t e m i p , i b m的s y s t e m v i e w a i x , s u n s o f t 的s u n n e t m a n a g e r 等等， 这些产 品侧重点各不相同， 在各自 的领域内获得了一定的成功。 但是， 它们的共同缺陷 是在综合性、分布性等方面有待完善。 ， .3分布式计算环境 分布式系统就是一组独立的计算机构成的系统， 在用户看来好象是一个计算 机系统。这个定义有两方面的含义: 一是从硬件方面考虑，强调独立、自 治的计 算机; 二是从软件方面考虑，强调系统的整体性。 分布式系统中的资源共享， 可用以合作执行共同的任务， 最少依赖于集中的 程序、数据和硬件等资源。必须满足以下几点: 分布式系统是由多个处理器或多 台计算机组成; 这些计算机或处理器可以物理相邻， 用机器内部总线或开关连接， 通过共享主存进行通信; 也可是物理分散，用计算机网络互联，采用消息通信; 这些计算机或处理器组成一个整体，对用户是透明的，即用户使用任何资源时， 不必知道这些资源在哪里; 一个程序可分散到多个计算机或处理器上运行; 系统 的性能表现与单一系统类似。 随着计算机网络和硬件技术的进步， 分布式系统己成为当前计算机系统的主 要模式; 以计算机网络为依托， 将多个并行工作的分散计算单元、 不同的数据库、 异构的操作平台连接成一个可互操作的分布式系统， 为用户提供一个统一、 高效 的工作环境己成为计算机系统发展的必然趋势。 相应地， 分布计算( d i s t r i b u t e d c o m p u t i n g ) 也就成为了影响当 今计算机技术发展的关键技术， 其理想目 标是实现 分散对等的协同计算( d e c e n t r a l i z e d , p e e r - t o - p e e r c o l l a b o r a t i v e c o m p u t i n g ) 。由于分布对象技术主要针对异构环境下的应用互操作问题， 将us 模型与面向 对象技术相结合，提供面向 对象的 应用程序接口( a p i ) ，并作为建立 集成框架和软件部件标准的核心技术，己成为分布计算发展的主流方向。 目 前， 与分布计算主流相联系的一个研究热点是将人工智能( a l ) 领域中有关 多a g e n t 系统( m a s : m u l t i - a g e n t s y s t e 动的技术引入分布计算环境，以 适应计算 机支持的协同工作等应用需求。 1 . 4软件代理 从2 0 世纪5 0 年代起， 代理体系结构就作为任务执行自动化的方法在计算机世 第一章 绪论 界被广泛讨论， 而软件代理一般被定义为一个自 动解决问题的组件， 可以和其它 代理相互合作，并且试图最优化它自身问题领域的结果。与传统软件方式不同， 软件代理是个性化的( 内联合作、谈判的冲突解决、连续运行的和半自主的。 因此， 为了通讯目的而交换信息或协调生产过程之类的任务都非常适合用软件代 理的手段执行，软件代理技术可以将任务中最费时的阶段自 动化。 软件代理自 身由一些不同的元素构成， 考斯顿和高森葛尔的文章中定义了软 件代理的三个组成部分，即: 一个通讯处理器( c o m m u n i c a t i o n p r o c e s s o r ) 、 一个 本地知识库和一个问题解决器( p r o b l e m s o l v e r ) ，它们构成了用于信息交换与协 调处理领域的最小配置。 从更通俗的 意义上来讲， 软件代理是一个人指定给它一项任务( 或任务的某 个部分) 的程序。 更特别的是， 智能代理是一个有智力、自 主性并能完成分布式 计算的计算机软件。 虽然智能代理如同其他计算机软件一样是软件程序， 但是它 与其他软件的区别在于它的智能。 传统软件对人们的输入仅以固定的和可预知的 方式做出回应， 而智能代理可以“ 思考” 并能理智地产生反馈此外， 代理有能力 并可以自由选择不同的方法解决同样的问题。 除了它的智能， 软件代理在执行工 作时不会受到生成它的机器的限制。比如，为了执行一个非常复杂的计算任务， 代理甚至可以将任务分成许多块， 将它们分配给其他合作代理来同时执行这项任 务，甚至可以产生一些子代理来执行这项任务。 1 . 5论文的研究工作 在进行网络管理技术研究中，我们发现分布式网络管理的许多特点与软件 a g e n t 的特性是相吻合的: 1 ) 网 络管理系 统本身是一个分布式的 系 统， 这与软件a g e n t 的分 布性一 致: 2 )分布式网络管理系统中管理功能实体分散于不同物理实体中，要求其具 有 较高 程度的自 治性 和自 动管理的能力， 这与软 件a g e n t 的自 治 特性相对应; 3 )网络管理系统中，管理实体仅能对其管理域进行管理，当管理问题涉及 到多个管理域时，必然需要管理实体之间交换管理信息并进行管理任务的协商 ( n e g o t i a t io n ) 、 协调( c o o r d i n a t i o n ) 和协作( c o o p e r a t i o n ) 。 这与软件a g e n t 的 社 会性完全一致。 4 )网络的运行不是一个稳态的过程，而是动态变化的，为了保证网络的正 常、 高效运行， 需要网络管理系统能够监测网络的状态， 当出 现异常情况时可以 根据有关管理策略形成相应的管理方法， 并发出对应的管理命令， 从而不断调整 网 络的 运行。 而软 件a g e n t 具有反 应性， 可以 感知 环境的 变 化， 并产生 相应的反 应。在这点上，两者是相一致的。 华南理工大学硕士学位论文 从以 上 分析可知， 软件a g e n t 是 解决网 络管理中一 些难题的 一种 很好的办 法， 因 此我 们提出了 基于a g e n t 的 网 络管理。 本文在己 有的a g e n t 的 理论和 技术基 础 上， 提出 用移动a g e n t 来完 成网 络设 备的 信息采集、 处理、 传送等工作，以 此来 提高网络性能、 减少网络流量。 最终达到建立一种基于智能代理的集中一分布式 网络资源集成管理系统平台，逐步实现网络的故障管理、计费管理、配置管理、 性能管理、安全管理的自 动化、智能化。 根据上述目的，本文主要作了以下几方面的工作: 详细介绍了a g e n t 和移 动代理的 概念、 结构 模型、 设计思 想 提出了 移动a g e n t 的设计思 想、 结构模型， 研究了 移动a g e n t 的 迁移与定 位 机制，提出了基于j a v a 的迁移机制实现。 介绍了网络管理的概念、网络管理协议标准; 讨论了网络管理的模式，以及 其优缺点。 提出了 适合的网络的分布式管理模式。 提出 用 移动a g e n t 思想来 构造网 络的 分布式管 理 模式， 给出了 网 络管理的总的设想、框架。 给出了 基于移动a g e n t 的网 络管理系统的 基本原型实现。 1 .6论文的组织结构 本论文比 较系统、 完 整的 分 析和论 述了 移动a g e n t 的 技 术， 提出了 移动a g e n t 的设计思想以及怎样用j a v a 来实现。介绍了网络管理的方法，网络管理的协议， 并提出 利用移动a g e n t 未实 现网 络分布式 管理。 各章内 容安排如下: 第二章移动a g e n t 技术概述: 全面的介绍a g e n t 和移动a g e n t 的结构、 功能、 特点， 移动a g e n t 系统中的 关 键性问 题。 并 对比 其他移 动计算的 方法， 分 析了 移 动a g e n t 的技术优势。 第三章迁移机制的研究与实现: 从数据态、 运行态、 代码态的捕获与恢复， 详细研究了 基于j a v a 的 移动a g e n t 迁移机制的 实 现。 第四章网络管理基本原理:介绍网络管理的概念、网络管理的功能;详细 分析了简单网络管理协议;介绍了3 种管理模式。 第五 章基于 移动a g e n t 的 分 布式网 络管理: 在指出 基于s n m p 的 传统集中 网 管系 统的 不 足的 基 础上， 提出了 应用了 移动a g e n t 的网 络管理 模型。 第六 章移 动a g e n t 在网 管 系 统中 的 实 现: 在a g le t 开 发 环 境下， 给出 了 原 型实现，主要是主要功能a g e n t 的实 现， 并作了实验和性能分析。 第一章 绪论 1 .7本章小结 本章首先阐述了网络管理研究的现实意义和现状， 然后介绍了一些关于分布 式计算和软件代理的一些基本概念， 最后简要的介绍了本论文的研究工作及论文 的组织结构。 华南理工大学硕士学位论文 第二章 移动代理技术概述 2 . 1 移动代理技术的相关概念 2 . 1 . 1 代理与移动代理 2 . 1 . 1 . 1 代理( a g e n t ) 代理的研究起源于人工智能领域， 可以理解为模拟人类行为和关系， 具有一定 智能并能够自主运行和提供相应服务的程序， 目 前在分布式系统等领域得到了广 泛的应用，并被赋予不同的涵义。由 于研究的角度和内容不同， a g e n t 的定义和 特性表现也不同， 其中最为经典和广为接受的是m i c h a e l w o o l d r i d g e 给出的关于 a g e n t 的定义。 【 定义】代理: 代理是一个具有如下特性的实体，这些特性为: . 自 主性( a u t o n o m y ) : 代理可以自 主独立的运作，并能控制自己的行为和内部 状态; . 交互性( i n t e r a c t i o n ) : 代理可以 与人或其它代理或运行环境进行交互; . 反应性( r e a c t i v i t y ) : 代理能感知外部环境的变化并做出一定的反应; . 适应性( a d a p t a b i l i t y ) : 代理能根据环境的 变化采取与环境相适应的行为; 2 . 1 . 1 . 2 移动代理伽 o b i 1 e梅a n t ) 当 a g e n t 的目 标在本地难以 满足时， 可以 让代理移动到其它节点 执行来完成 功能，这就是移动代理技术的出发点。根据w h i t e , l a n g e , c h e s s 等的描述: 【 定义】移动代理: 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 主地从一个节点移动到另一个节点继续执行，并能够选择何时、 向何地迁移，最后返回结果。 移动代理使代理进一步具有动态性和分布计算的特点， 扩展了代理的处理能 力。除了具有一般代理的特性之外，移动性( m o b i l i t y ) 是其很重要的一个特性。 第二章移动代理技术概述 2 1 2 移动代理系统 移动代理在广义代理的基础上增加了移动性这一特征，能够在网络中自主迁 移。为了实现这一特征，需要为移动代理的执行创建相应的运行环境。 【定义】移动代理系统：指能够支持代理创建、执行、迁移、通信等的移 动代理运行环境。 一般来讲，移动代理系统由移动代理( m a ) 和移动代理运行环境( m a e ) 两部分 组成，m a e 也被称为移动代理服务器或移动代理平台，m a 则是只能存活在m a e 中的 软件实体，可以从一个m a e 迁移到另一个m a e ，与本地的服务资源进行交互完成 任务，其运行模式如图2 1 所示。 图2 一l 移动代理的运行 f i g u r e 2 一lm o b i l ea g e n tf u n c t i o n 移动代理技术涉及到计算机网络、分布式系统、通信技术、编程语言以及人 工智能等诸多领域，为了更好地利用好移动a g e n t 技术，一个移动代理系统应该 考虑如下几个方面的问题： ( 1 ) 运行模型：定义移动代理的内部结构，即移动代理作为代理必须具有的一 些特性，如代理的自主、适应、交互、反应和移动等性质。 ( 2 ) 迁移模型( m i g r a t i o nm o d e l ) ：迁移模型研究如何实现代理迁移的问题，即 如何使代理从一个网络节点迁移到另一个网络节点。 ( 3 ) 通信模型( c o m m u n i c a t i o nm o d e l ) ：在基于移动代理技术的分布式应用中， 存在着用户、静态代理、移动代理、移动代理系统甚至是其它非移动代理系统等 实体，移动代理为了实现特定的功能，应该具备与这些实体通信的能力，这是通 信模型所要解决的。 ( 4 ) 命名和定位模型( n a m i n ga n dl o c a t i n gm o d e l ) ：移动代理系统中有很多的 移动代理，它们产生于不同的主机，有羞不同的目的，而且移动代理本身是动态 迁移的，位置的概念十分重要。因此要考虑代理的命名和定位模型，以保证代理 名字的唯一性和方便查找代理当前的位置的有效性。 ( 5 ) 路由模型( r o u t i n gm o d e l ) ：解决移动代理如何选择迁移路径的问题。为了 充分体现移动代理的自主性和适应性，路由模型能够根据网络运行状况和主机运 行状态、资源分布状况等动态规划代理的路由。 ( 6 ) 安全模型( s e c u r i t ym o d e l ) ：移动代理系统本身是一个开放的系统，可能会 华南理工大学硕士学位论文 接受不到信任的移动代理，移动代理也可能到不被信任的m a e 中去执行。安全模 型描述如何保证代理的完整性，防止代理携带的数据泄露，代理和服务器的相互 认证，代理的授权和服务器资源存取控制策略等等。 另外，系统还可以考虑其他方面的问题，如服务定位模型( s e r v i c el o c a t i n g m o d e l ) ：服务定位模型提供代理查找所需服务的手段。当本地服务不能满足代理 需要时，它将寻找能提供所需服务的节点，然后代理前往该地执行。 2 2 移动代理技术的优势 2 2 1 移动计算模型分析 移动计算的发展经历了不同的阶段， 远程过程调用( r p c ) 、远程求值( r e v ) 、 移动代理技术正是在这些技术的基础上， ( 1 ) 消息传递( m e s s a g ep a s s i n g ) 出现了消息传递( m e s s a g ep a s s i n g ) 、 代码即需( c o d ) 等不同的计算模型。 博采众长、应运而生的。 通过发送和接受两条基本的原语在不同的进程之间传递消息。网络中移动的 只是数据。消息传递的方法比较灵活，但是要求程序员处理很多底层的通信细节 问题，如发送者和接收者的一一对应关系等，实现起来比较复杂。 ( 2 )远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) r p c 使用户可以访问位于网络另外端的服务器提供的服务，而且屏蔽了网 络访问的具体细节，使用户使用远程服务就像进行本地方法调用一样，交互过程 如图所示。客户端将客户的方法调用和参数打包传到服务器，由服务器完成计后， 将计算结果返回给客户端。r p c 通过桩( s t u b ) 和框架( s k e l e t o n ) 实现底层的 通信细节。r p c 模型中，移动的仍然是数据，而且客户端只能使用服务器端已有 的服务，而且在通信过程中需要远程与本地之间进行频繁的交互。如传递参数、 中间结果、最终结果，并要求持续的网络连接和稳定的网络环境，网络负担很重。 图2 - 2r p c 模型 f i g u r e 2 2r p cm o d e l 第二章移动代理技术概述 ( 3 ) 远程求值( r e m o t ee v a l u a t i o n ，r e v ) r p c 要求被调用的服务事先存在，然后在很多情况下，要调用的服务在远程 网络节点上并不一定存在。而远程求值模型则是客户端拥有执行代码，服务器端 拥有资源，客户通过网络向服务器发送执行代码和参数信息，在服务器上完成计 算。客户端的初始请求信息和中间结果由服务器上的子程序进行处理，子程序只 将最后的处理结果返回到源节点，交互过程如图2 3 所示。 在这个模型中，网络中传输的是执行代码，并且是由客户端“推”给服务器， 不需要服务器端提供专门的服务。网络中移动的只是执行代码，而执行状态并不 移动，且代码只能移动一次。 图2 - 3 远程求值r e v 模型 f i g u r e 2 3r e vm o d e l ( 4 ) 代码即需( c o d e o i l d e m a n d ，c o d ) c o d 模型同样使用了代码移动的技术：客户端拥有服务执行的资源，但缺少 服务的执行代码。当需要远程服务时，首先从远程节点获得该服务的代码。典型 的例子如j a v a 中的a p p l e t 和s e r v l e t 。a p p l e t 将代码从服务器下载到客户端的 浏览器，在本地执行，而s e r v l e t 则将代码从本地上传到w e b 服务器上在远程执 行。在这个模型中，网络中传输的是代码，与r e v 的代码移动方式相比，c o d 是 通过“拉”的方式实现代码移动的，如图2 4 所示。客户端最初由于没有代码而 无法执行任务，但网络中服务器主机可提供所需的代码，这时客户就可以向服务 器申请获得该代码。一旦获得该代码，客户端就同时拥有了代码和本地处理器资 源，任务就可以完成。在这种方式下，服务器端可以动态改变客户端的行为，反 之亦然，提高了计算的灵活性。 图2 4 代码即需模型 f i g u r e 2 4c o dm o d e l 9 华南理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 移动代理( m o b i l ea g e n t ) r p c 和基于r p c 的c s 模型在客户和服务器之间传递大量参数和中问结果，执 行代码不移动。r e v 和c o d 模型中的代码可以移动，但这种移动不是自主的。r e v 是由发送端启动代码移动的动作，c o d 是由接收端启动代码移动的动作。移动代 理技术与它们不同。移动代理是一种主动迁移的实体，它能够使代码和据。甚至 使执行状态在网络中进行迁移，而且可咀( 在一定范围内) 自主地移动到能提供 资源的目标机器上，可以连续移动，如图2 - 5 所示。 图2 5 移动代理的迁移 f i g u r e 2 5m o b il ea g e n tm o v i n g 这里从以下几个方面对移动代理技术与其它模型进行比较，比较结果如表所 示： ( 1 ) 主动迁移还是被动迁移。移动代理中的迁移是由代理自主地发出请求的， 动态决定迁移的目标地址和时机，而其他相关方法中的迁移是被动迁的。 ( 2 ) 是否可以多次迁移。移动代理是在运行时进行迁移，可以根据任务完成 的情况或用户的约定多次迁移。而r e v 和c o d 的代码迁移则是在代码运 行前进行的，只能迁移次，而且a p p l e t 和s e r v l e t 只能单方向移动。 ( 3 ) 是否具有状态迁移。a p p l e t 和s e r v l e t 等c o d 模型也提供了一种使代码 在w e b 服务器和w e b 浏览器之间移动的机制，但它们并没有为执行状态 的迁移提供任何机制，因而仅仅是代码的下载和上传，而移动代理则伴 随着状态迁移。 ( 4 ) 是否具有交互性。移动代理可以同其它代理或应用程序进行交互，而r e v 和c o d 则不行。 l 模型代码迁移主动迁移状态迁移交互性多次迁移 m e s s a g e r p c 1 0 第二章 移动代理技术概述 r e v. l xxxx c o dj xxxx m ajjji/j 表 2 - 1移动计算模型的比较 f o r m 2 - 1 c o 帅a r i s o n o f m o b i l e c o m p u t i n g m o d e l s 2 . 2 . 2移动代理技术的优势 移动代理通过迁移， 将交互与处理转移到本地执行， 减少了对网络带宽的要 求，是具有很高应用价值的移动计算技术之一，其技术优势如下: ( 1 ) 节约网络带宽:移动代理的本质是将计算实体移动到数据端，直接在数 据端进行本地处理，变远程交互为本地交互，只返回最终结果，从而避 免了大量中间数据在通信两端的传输。同时，移动代理一次可以携带多 个服务请求移动到服务器端进行本地调用，避免了多次远程调用，从而 节省了每次远程调用的网络延迟，因此在处理的数据量大、通信两端交 互频繁、带宽不足的情况下， 使用移动代理技术可以 有效节约网络带宽。 ( 2 ) 支持移动设备:由 于移动设备同网络的连接是通过低速、不可靠、高延 迟的无线网络，要求移动设备始终保持网络连接在技术上也是不可行的。 利用移动代理技术则可以较好地解决这个问题。用户派出代理之后，可 以断开网络连接，当代理完成任务之后，当它发现用户设备重新连上网 络时，就返回计算结果。 ( 3 ) 增加应用的强壮性:移动代理的工作方式减少了应用对网络连接可靠性 的要求，它的自主性又使它具备对环境的反应能力，及时感知网络节点 的失效，做出相应处理，因此当网络状态发生变化时，移动代理技术会 显示出较强的灵活性，更易适应多变的网络环境。 ( 4 ) 增强应用的智能性，提高系统的任务求解能力:代理的访问请求和任务 处理，可以是基于知识层次和功能描述的，而且代理技术的引入可以使 系统的各部分之间、系统与外部系统之间的交互方式简化，从而有效地 降低系统结构设计的复杂度。 ( 5 ) 异步计算:传统的分布式系统一般基于同步方式，要求提出 请求客户端 必须始终在线等待并响应请求的回答，这对移动客户而言是不可行的。 而移动代理可独立于发送它们的程序，异步地与处于其他时间和空间范 围的节点交互，任务完成之后将结果反馈给用户，实现异步计算。 上述的优点并不是移动代理技术所特有的， 移动代理技术则提供了一个较为 全面的解决方案。 虽然移动代理系统还有诸多的不足之处， 但它表现出的技术特 华南理工大学硕士学位论文 点己经吸引了许多人对它进行应用研究， 主要集中在移动计算、 分布式信息检索、 网络管理、电子商务、信息发布等领域。 2 . 3 与移动代理相关的语言 2 . 3 . 1 编程语言 移动代理作为一种能够在异构平台上自主迁移的实体， 要求编程语言具有以 下特征: ( 1 ) 支持迁移: 该语言应该提供机制来支持移动代理的代码和数据， 甚至是执行状 态的迁移。 ( 2 ) 支持异构性: 用该语言编写的移动代理应当能在一个异构的环境中任意迁移， 即能在不同拓扑结构的网络、 不同类型的计算机硬件设备、 不同的操作系统网络 节点之间迁移。 ( 3 ) 高性能: 移动代理的迁移操作会给系统带来很大的开销， 在某些情况下， 移动 代理的执行效率要低于其它技术如r p c ，因此该语言必须快速、高效运行。 ( 4 ) 安全性好: 该语言必须具有很好的安全性，使用该语言编写移动a g e n t 不易受 到恶意主机和其它恶意代理的攻击。 虽然从理论上讲， 移动代理的实现语言可以 采用编译型语言， 也可以 采用解 释型语言， 但从上面提到的几点考虑， 几乎所有的移动代理系统都采用解释型语 言。 因为编译型语言的移动代理实现代码被编译成的本地代码与具体的系统平台 关，当代理在不同系统平台之间移动时， 必须重新编译源代码。另外， 本地代码 具有直接访问本地系统资源的权利， 使得很难进行安全控制。 如果采用解释型语 言， 代理被编译成与本地无关的代码，由 解释器解释执行， 不同平台上的解释器 能保证代理可以在不同系统平台之间移动执行， 并且解释器在解释执行时， 对访 问系统资源的语句加以严格的控制， 实现语言级安全性， 而且对于如何实现运行 状态的迁移，捕获和恢复用栈表示的线程的执行状态， 对编译型语言来讲，也是 一个挑战。 编程语言的选择对于移动代理系统的发展至关重要， 第一个商业化的移动代理 系统t e l e s c r i p t 的失败就明了这一点， 因为过于专用的t e l e s c r i p t 语言极大地限 制了它的应用范围。由于j a v a 语言的快速发展， 及其对代码迁移的良 好支持，良 好的安全性和较高的执行效率，因而被大多数移动代理系统所采用。 第二章 移动代理技术概述 2 . 3 . 2 通信语言 如同人类社会通过语言交换和共享信息一样，移动a g e n t 之间也可以通过 a g e n t 通信语言来完成信息的共享与交换。知识查询和操作语言k q m l ( k n o w l e d g e q u e r y a n d m a n u p l a t i n g l a n g u a g e )是分布式应用中支持智能实体高层通信的 语 言和协议， 既可作为应用程序与智能系统间交互的语言， 也可作为两个或多个智 能系统协同问题求解的语言。 k q m l 很适用于基于代理的程序间的通信， 是移动代 理系统广泛采用的通信语言。 k q m l 为代理间运行时进行知识共享提供了消息格式和消息处理协议， 它通过 可扩展的操作原语集合来定义代理对知识和存储目 标可能的操作， k q m l 具有灵活 的结构， 且具有可扩充性， 而且己受到广泛的支持。 同时k q m l 的语义也是开放的， 它允许用户给出自己的语义解释，可用来实现复杂信息的交换。 2 . 4移动代理系统的一般模型 作者认为， 移动代理系统的设计应遵循层次化、 模块化的设计方法。 层次化 指的是依照功能层次的不同， 把代理从任务执行到具体迁移机制等的诸多工作分 层次来执行。 模块化指的是将代理系统所要提供的如迁移、 通信、 路由、 安全等 功能以模块化的方式设计实现。 依照层次化和模块化原则设计的移动代理系统具 有良好的系统结构和灵活的扩展性。 目前有很多移动代理系统，虽然不同的移动代理系统的体系结构各不相同， 但几乎所有的移动a g e n t 系统都包括如下两部分: m a 及其运行环境( m a e 或称m a 服 务器、 m a 主机、 m a 服务设施。 通过对众多的移动代理系统结构的分析， 将移动代 理系统的一般模型用图2 - 6 表示，并形式化描述如下: : : = ( , , , ) 其中 m a s 是系统中的运行着的代理; m a e 是移动代理的运行环境; s e r v i c e s 是代理 所迁移到的各网络节点上所提供的服务; u s e r 一 工 n t e r f a c e 是用户与系统的接口。 m a s : 移动代理，是用户任务的完成者。它在m a e 提供的运行环境中执行， 可以从一个m a e 移动到另一个m a e ，通过调用m a e 提供的服务或使用其数据完成用 户的任务。 m a e s : 移动代理运行环境，为移动代理运行提供迁移、通信、管理等服务。 s e r v i c e s : : 二 ( , , , ) s e r v i c e s : 各节点提供的服务， 静态的， 它们的位置在整个生命周期内不改变。 华南理工大学硕士学位论文 其主要功能是向本地的代理或来访的代理提供服务，如数据库服务、文件服务、 目录服务或其它服务等。 u s e r - i n t e r f a c e : 用户与移动代理之间的交互界面，它通过接收用户对任务的 描述来形成任务规划，创建相应的代理去完成这个任务。 一 ma ul f services-10iemaul. .a sservices f 0j249#1 0 mfl fml c fnf c fnf s fr fr fs f l f : l i f e c y c l e f a c i l i t y m f : b l i g r a t i o n f c a i l i t y c f : c o m m u n i c a t i o n f a c i l i t y n f : n a m e f a c i l i t y r f : r o u t i n g f a c i l i t y s f : s e c u r i t y f a c i l i t y 图 2 - 6移动代理系统的一般模型 f i g u r e 2 - 6 mo b i l e a g e n t s y s t e m mo d e l 2 . 4 . 1移动代理运行环境 m a e m a e 为m a 的运行提供运行环境和服务接口，并实现代理的迁移、代理与m a e 或代理之间的通信等，同时移动a g e n t 的移动和任务求解能力很大程度上决定于 m a e 所提供的服务，本文将m a e 提供的服务表示为以下形式: m a e : : = ( , , , , , , ) : 生命周期服务，完成代理的 创建、发送、 传输、接收和执行等提供必要 的条件; : 迁移服务，用于实现代理的迁移。它通过获得该代理当前的执行状态和 需要的程序代码， 然后转换为网络数据流， 再通过底层的通信设施将此代理发送 到目的地，在目的