（计算机应用技术专业论文）迁移工作流的远程通信机制研究.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。通过将工 作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来进行执行和监控，达到提高 生产组织水平和工作效率的目的，为企业更好地实现经营目标提供了先进的手 段。移动a g e n t 技术的出现为构建工作流系统提供了更好的选择a 迁移工作流是将移动计算技术应用于工作流管理的一项新技术，工作流业务 过程中的活动被映射为迁移实例，多个迁移实例通过迁移和协作完成工作流过 程，迁移工作流本质上是代表用户寻找合作伙伴，进行交互并最终完成用户指派 的任务的一个对象，因此，通信是迁移实例的必然要求。 在传统的分布式计算环境中，对象一旦被创建，他们的位置便固定下来，在 整个生命期内不会改变，发送方只需得到接收方的当前位置即可始终与之通信。 在基于迁移工作流的计算环境中，由于迁移实例的位置可能经常变动，因此迁移 实例之间进行通信需要考虑以下问题：如何实现对分布式环境下的迁移实例位置 无关的命名：如何实现迁移实例的定位，一般需要实现m i 按名寻址( 即透明寻址) ： 当m i 迁移时，如何处理正在发送给m i 的消息：如何解决i 通信失效的现象。针对 以上问题不少专家学者提出了好几种位置追踪与消息转发方案，例如广播法、链 状追踪法、基站法和集中注册法等。尽管这些方法各有所长，但在追踪效率、可 扩展性和通信可靠性等方面存在不足。 本文针对迁移工作流系统的通信需求提出一种迁移实例消息传递机制。迁移 实例通信机制主要是从“如何支持移动”角度来设计的。在系统所实现的通信算 法基础上，借助通讯录提出一种基于组播和地址注册的通信算法。它更加有效， 能适应多种迁移和通信模式，可以较好地解决迁移实例通信所面临的难题。 解决由迁移实例移动产生的可靠性通信问题在分析已有方法的基础上，提 出一种保证迁移实例间可靠、高效通信的“主动通信”机制，并给出它的可靠性 分析和通信效率分析它能够在通信双方自由移动的情况下，将消息可靠、高效 地从发送方提交给接收方。 本文深入研究迁移实例远程通信问题，对实现其解决方法的关键技术进行了 探讨，为迁移工作流系统的通信提供了一套可行的方案。 关键字：迁移工作流：通讯录：主动通信：远程；迁移实例 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a sac o n c e p to r i g i n a t e dt om a n a g et h o s ef i x e da c t i v i t i e so fb u s i n e s s e s ， w o r k f l o wc a ne x e c u t ea n dm o n i t o rt h e s ea c t i v i t i e sb yd i v i d i n gt h e mi n t o w e l 卜d e f i n e dt a s k s ，r o l e s ，r u l e sa n dp r o c e d u r e s a sar e s u l t ，w o r k f l o w c a na c h i e v et h ea i ma ti m p r o v i n gt h eo r g a n i z a t i o nl e v e lo fb u s i n e s sa n d w o r ke f f i c i e n c y ，a n dp r o v i d ea na d v a n c e dm e t h o df o re n t e r p r i s e st oc a r r y o u tt h e i rb u s i n e s sg o a l sm o r ee f f e c t i v e l y t h ea p p e a r a n c eo fm o b i l ea g e n t t e c h n o l o g yp r o v i d e sab e t t e rw a yt oc o n s t r u c tw o r k f l o ws y s t e m m i g r a t i n gw o r k f l o wi san e wt e c h n o l o g ya p p l y i n gm o b i l ec o m p u t i n gt o w o r k f l o wm a n a g e m e n t a c c o r d i n gt om i g r a t i n gw o r k f l o wt e c h n o l o g y ，s e v e r a l m i g r a t i n gi n s t a n c e sc o m p l e t ew o r k f l o wb ym i g r a t i o na n dc o o r d i n a t i o n ， w h i c ha r et h ep r o j e c t i o n so fa c t i v i t i e si nw o r k f l o wb u s i n e s sp r o c e d u r e e s s e n t i a l l y ，m i g r a t i n gw o r k f l o wi sa l lo b j e c tt h a tl o o k sf o r c o o p e r a t o r so l lb e h a l fo fau s e r ，a n dc o o p e r a t e sw i t ho t h e ra g e n t si no r d e r t oi m p l e m e n tt h et a s ko ft h eu s e r t h e r e f o r e ，c o m m u n i c a t i o ni st h e e s s e n t i a ld e m a n do fm i g r a t i n gi n s t a n c e c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mo fm i g r a t i n gw o r k f l o wd e s i g n e dm o s t l yf r o m t h ep e r s p e c t i v eo fs u p p o r t i n gm o b i l ec o m p u t i n g i nt 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 gm o d e l ，t h ep o s i t i o no fa g e n t sf i x e da n dn o tc h a n g e d i nt h ew h o l el i f ee i r c l es i n c ei t i sc r e a t e d s ot h em e s s a g es e n d e ri s e a s yt og e tt h el o c a t i o no fat a r g e tm o b i l ea g e n tf o rc o m m u n i c a t i o n b u t f o ram i g r a t i n gi n s t a n c e ，i t sp o s i t i o nm a yb ec h a n g e df r e q u e n t l y ，t h e f o l l o w i n gp r o b l e m sn e e dt ob ec o n s i d e r e du n d e rm i g r a t i n gw o r k f l o w c o m p u t i n gm o d e ：f i r s t l y ，h o wt oh a v eap o s i t i o ni n d e p e n d e n c en a m i n gm e t h o d f o rm ii nd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t s e c o n d ，h o wt oi m p l e m e n tt r a n s p a r e n t l o c a t i n go fam i t h i r d l y ，h o wt oh a n d i em e s s a g e st h a ta r es e n dt om 1h e n i ti sb e i n gi nt h ep r o c e d u r eo fm i g r a t i o n f i n a l l y h o wt or e s o l v et h e p r o b l e mo fc o m m u n i c a t i n gi n v a l i d a t i o n m a n yr e s e a r c h e r sh a v ep u tf o r w a r d s o m ek i n do fs o l u t i o n so fa g e n tl o c a t i o nt r a c k i n g ，m e s s a g es t o r a g ea n d i i 山东大学硕士学位论文 t r a n s f e rf o rp r o b l e m sa b o v e ，s u c ha s b r o a d c a s t i n gm e t h o d ，l i n kt r a c i n g m e t h o d ，h o m ep r o x ym e t h o dc e n t r a lr e g i s t r a t i o nm e t h o d ，a n de t c a l t h o u g h t h e s em e t h o d sh a v et h e i ra d v a n t a g e sr e s p e c t i v e l y ，t h e r ea r es o m e d i s a d v a n t a g e si nt r a c i n ge f f i c i e n c y ，e x p a n s i b i l i t ya n dc o m m u n i c a t i o n r e l i a b i l i t y t h ew o r ki nt h i st h e s i si sc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s mr e s e a r c ho nm e s s a g e t r a n s f e r a na l g o r i t h mb a s e do nc o m m u n i c a t i o na l g o r i t h mi nt h es y s t e mi s p r e s e n t e di nt h i sp a p e r i nt h i sa l g o r i t h m ，a d d r e s sr e g i s t r a t i o na n d m u l t i c a s t i n ga r eu s e db ym e a nso fa d d r e s s - - b o o ks ot h a ti t i sm o r e e f f i c i e n t ，a n ds u i t a b l ef o rm a n yk i n d so fp a t t e r n so fm i g r a t i o na n d c o m m u n i c a t i o na n dh a sab e t t e rs o l u t i o nt ot h et r o u b l e sw i t hm i g r a t i n g i n s t a n c ec o m m u n i c a t i o n t h ei s s u eo fr e l i a b l ec o m m u n i c a t i o nr e s u l t i n g f r o ma g e n tm o v i n gi ss t u d i e di nt h ep a p e r b a s e do n a n a l y z i n gc u r r e n t s o l u t i o n st ot h ei s s u e ，am e c h a n i s mc a l l e da c t i v ec o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ( a c m ) i sp r o p o s e d ，w h i c hc a np r o v i d er e l i a b l ea n de f f i c i e n tc o m m u n i c a t i o n f o rm i g r a t i n gw o r k f l o w t h ed e t a i l e da n a l y s i sr e g a r d i n gt h er e l i a b i l i t y a n de f f i c i e n c yo fa c mi sa l s op r e s e n t e d a c mc a l lr e l i a b l ya nde f f i c i e n t l y d e l i v e rt h es e n d e r sm e s s a g et or e c e i v e ra l l o w i n gt h ef r e em i g r a t i o no f b o t ht h e ma n dg u a r a n t e e i n gt h ee x a c t l y - - o n c es e m a n t i c sf o rm e s s a g e d e l i v e r t h i st h e s i sw e n td e e pi n t ot h er e m o t ec o m m u n i c a t i o np r o b l e mo f m i g r a t i n gi n s t a n c ea n dd i s c u s s e di t se s s e n t i a lt e c h n i c a li m p l e m e n t ，a n d t h u sp r o v i d e daf e a s i b l ec o m m u n i c a t i o nm o d ef o r t h ea p p l i c a t i o no f m i g r a ti n gw o r k f l o ws y s t e m k e yw o r d s ：- i g r a t i n gw o r k f i o 霄：a d d r e s s - - b o o k ：a c t i v ec b r 咖u n i c a t i o n - i g r a t i n gi n s t a n o e 原刨性声明和关于学位论文使用授权的说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：丛 日 期：丛妇：兰兰 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或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；本人授权山东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、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：三笠三盘导师签名：e t 期：趟：乡 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 a g e n t 一词直译为“代理”，也有人把它称为“智能代理”或智能主体。 广义上它是指具有智能的任何实体，包括人类智能硬件( 如机器人) 和智能软 件叫。到目前为止，许多研究者提出了各自对a g e n t 的定义，但是至今没有 一个被大多数人认可的统一的a g e n t 的定义，不同研究领域的学者考虑各自 领域的技术特点。我们认为：a g e n t 是具有目标、知识和一定的思维能力，能 作用和受作用于外部环境，可以维持某种状态( 即保存与自身行为有关的各 种数据信息) ，并能够与其它a g e n t 相互协作的物理或逻辑实体。移动a g e n t 是一独立计算机程序，它可自主地在异构的网络上，按照一定的规程移动， 寻找合适的计算资源、信息资源或软件资源，利用与这些资源处于同一主机 或网络的优势，就近处理或使用这些资源，代表用户完成特定的任务。 工作流的概念起源于生产组织和办公自动化领域。它是针对日常工作中 具有固定程序的活动而提出的一个概念，旨在通过它将工作分解成定义良好 的任务、角色，按照一定的规则和过程来执行这些任务并对它们进行监控， 达到提高办事效率、降低生产成本、提高企业生产经营管理和企业竞争力的 目标。 工作流过程的活动及其处理对象是分布的：各部门在执行活动时有一定 的自主性，对环境变化和不可预测事件的发生自主进行分析并采取措施：另 外随着虚拟企业的出现，企业成员间协作关系加强，要求相应增强各自社交 能力( 包括协商、协调) 。软件a g e n t 作为一个具有自主、社交、反应、预动 能力的实体，较好地适应了工作流管理过程的上述特点。传统工作流管理系 统的工作流建模语言将所有工作流活动描述成一个文件，已不适应灵活多变 的企业管理要求。因为活动细节的调整常常导致这个工作流模型的重新修 改。用多a g e n t 系统( 进而a g e n t 联邦) 这种结构可以解决这种弊病。在采用某 一工作流管理系统后，企业大量存在的与它异质的遗产软件如何继续得到利 用，一直没有得到很好的解决。因此需要提供一种机制对这些遗产系统进行 山东大学硕士学位论文 改造，将遗产软件a g e n t 化应该是一种充满希望的手段。 a g e n t 技术适合于复杂、异构、动态、离散问题的求解。而工作流管理 系统也是一个复杂、异构、动态、离散的系统，因而人们自然想到利用a g e n t 技术来实现w t m s a g e n t 技术主要通过三种方式在工作流管理系统中应用。 第一种，把a g e n t 技术作为构建柔性工作流引擎的基础，这种方法中流 程定义与经典定义方法相同，a g e n t 技术被用来实现柔性分布式功能服务， 代表系统有达特茅斯学院的d a r t f l o w ； 第二种，把a g e n t 作为协作执行者，为不同的角色和任务建立不同类型 的a g e n t ，它是一种基于角色的a g e n t 设计，通过封装领域相关系统而实现 代理间的通信与协作，代表系统有t r p su p p o r t en v i r o n m e n t ( t s e ) ； 第三种，利用移动a g e n t 技术实现活动实例的迁移执行。这种方法实现 了经营过程的动态迁移执行，但却使过程实例的动态修改变得困难。当然， 有的系统结合其中的两种或三种方式也是可能的。 通信是迁移工作流系统的关键技术之一。通信的可靠性和效率直接影响 到整个迁移工作流系统的性能。如何保证迁移实例之间能够可靠、高效地进 行通信仍是迁移工作流系统的一个研究重点。迁移实例最重要的特点就是可 移动性，在通信的过程中，发送消息的m i 和接收消息的m i 都存在位置改变 的情况，这就对实现高效可靠的消息传输机制提出了一些要求，主要包括以 下几个方面： 位置透明性：由于m i 会自治的完成在主机之间的迁移，所以m i 之间的 通信是一种位置透明的通信，也就是说迁移实例在向另一个m i 发送消息的 时候，不需要知道接收消息的m i 的物理位置。因而，m i 通信协议应当能够 跟踪并保存各个m i 的具体位置。 可靠性：无论接收消息的迁移实例的迁移频率有多快，消息必须保证能 够到达这个m i 。但迁移工作流的通信环境中，由于m i 的自主移动特性，常 会导致消息被发送到某一网络节点但接收者已经离开而无法收到该消息。这 种因为通信主体物理位置发生变化而造成的通信不正常现象，称为移动通信 失效。值得注意的是，在迁移实例移动非常快的情况下，消息可能追随目标 m i 在各节点间游荡却永远无法送达而产生消息追逐现象。通信失效和消息追 逐都与网络和节点故障无关，是纯粹由m i 的移动造成的，它们使得协作中 山东大学硕士学位论文 的m i 不能及时得到协同信息，从而导致协作的失败甚至造成整个系统的崩 溃，是迁移工作流系统的致命缺陷。 高效性：消息传输协议的成本可以用消息数量、消息大小和消息传输的 距离来描述。个高效的协议应该尽可能的降低消息传输的成本。具体而言， 一个协议应该高效的支持两种消息操作：( 1 ) m i g r a t i o n ( 迁移操作) ，将迁移 实例移动到一个新的网络节点；( 2 ) d e l i v e r y ( 发送操作) ，定位特定的m i 并将消息发送给它。实际上这两种操作是互相矛盾的，一个高效的协议应该 在支持迁移实例的灵活性的情况下保证消息传输的正确性。 本文主要在消息机制的研究基础上，结合通讯录机制与主动通讯机制， 根据迁移工作流系统中迁移实例的特点，提出了迁移实例的通信框架，并根 据工作位置的安全策略提出一个适用于迁移工作流管理系统的工作位置的 安全模型，并详细讨论了安全模型中安全加载、状态监测和访问控制的关键 技术与实现。 1 2 本文的工作与创新 1 2 1 本文的研究工作 本文重点研究迁移实例的远程通信问题，根据这些问题提出了适合于迁 移工作流系统的、针对通信的可靠以及高效问题的策略。本文所做的工作主 要有以下几方面： 1 本文对工作流和移动a g e n t 基本概念进行了描述，阐述迁移工作流 的相关概念及关联，并描述了迁移工作流消息机制的框架模型； 2 针对迁移工作流的通信问题进行研究，阐述了现有的基于移动a g e n t 的工作流通信现状； 3 对迁移工作流中迁移实例通信中研究的不足进行研究，重点研究通 信h o m e 瓶颈问题，借助通讯录再次提出一种基于组播和地址注册的通信算 法。它更加有效，能适应多种迁移和通信模式，可以较好地解决迁移实例通 信所面临的难题； 4 在现有的消息机制基础之上提出了主动通信机制，保证在迁移实例自 由移动的情况下将消息可靠地提交给接收方并且具有较高的通信效率。 山东大学硕士学位论文 1 2 2 论文创新点 本文围绕迁移工作流系统，重点介绍了系统中的迁移实例通信问题。并 针对通信问题的具体要求，在工作流系统通信问题和移动a g e n t 通信问题的 研究基础上，提出了适用于迁移工作中迁移实例的通信模型。 本文的理论创新： 1 、针对迁移实例在迁移过程中地址注册开销大、m i 迁移受到限制和访 问h o m e 时可能出现拥挤现象、效率不高等不足，提出引入通讯录来记载那些 给自己发送消息的发送者，把地址注册和组播两种方式结合起来的方式。 2 、根据通信失效问题提出了一种保证迁移实例可靠、高效通信的新方 法，称为“主动通信”机制。 1 3 本文内容与结构 本文通过对移动a g e n t 与工作流系统的介绍，通过迁移工作流系统，设 计系统中迁移实例的通信。并针对现阶段迁移实例通信问题研究的不足，提 出了一个适用于系统的通信模型。 论文结构如下： 第1 章绪论介绍了本论文的研究背景，迁移工作流中迁移实例之间 通信研究的背景，并给出了本文了组织结构与理论创新点。 第2 章移动a g e n t 与工作流的基本概念介绍了移动a g e n t 的特点及 工作流、工作流管理系统的参考模型等。 第3 章迁移工作流系统介绍了迁移工作流的相关概念定义和迁移工 作流系统框架。讨论了各个部分基本功能结构，后续章节的研究都以本章给 出的概念和系统结构为基础。 第4 章迁移工作流的通信机制讨论了在当前一些迁移工作流通信方 面存在的问题，针对问题给出了具体通信过程中的通讯录机制以及主动通讯 机制的实现。 第5 章结束语总结已取得的研究成果，并提出了下一步的研究内容。 山东大学硕士学位论文 第2 章移动a g e n t 与工作流的基本概念 2 1 移动a g e n t 的基本知识 2 1 1 移动a g e n t 的概念 二十世纪8 0 年代中后期，从事分布式人工智能( d a i ) 和计算机科学的研究人 员开始对a g e n t 进行研究。9 0 年代以来，随着计算机网络、计算机通信技术的发展， 移动a g e n t 作为关键技术被广泛地应用在移动计算、电子商务( 特别是移动电子商 务) 、网络管理、分布式信息查询( 智能搜索引攀) 、工作流管理、并行处理、信 息( 软件) 分发、个人助理、安全代理、组件技术等各个领域。对于a g e n t 的研究己 经成为分布式人工智能领域的一个热点，研究人员预言：“基于a g e n t 的计算将可 能成为下个对软件开发的重大突破。” a g e n t 一词直译为“代理”，也有人把它称为“智能代理”或智能主体。广义 上它是指具有智能的任何实体，包括人类智能硬件( 如机器人) 和智能软件叫。到 目前为止，许多研究者提出了各自对a g e n t 的定义，但是至今没有一个被大多数人 认可的统一的a g e n t 的定义，不同研究领域的学者考虑各自领域的技术特点。我们 认为：a g e n t 是具有目标、知识和一定的思维能力，能作用和受作用于外部环境， 可以维持某种状态( 即保存与自身行为有关的各种数据信息) ，并能够与其它a g e n t 相互协作的物理或逻辑实体。 定义2 1 1 移动a g e n t 简单地说，移动a g e n t 是一独立计算机程序，它可自主地在异构的网络上，按 照一定的规程移动，寻找合适的计算资源、信息资源或软件资源，利用与这些资 源处于同一主机或网络的优势，就近处理或使用这些资源，代表用户完成特定的 任务。 移动a g e n t 可以看成是软件a g e n t 技术与分布式计算技术相结合的产物，它与 传统网络计算模式有着本质上的区别。移动a g e n t 不同于远程过程调用( r p c ) ，这 是因为移动a g e n t 能够不断地从网络中的一个节点移动到另一个节点，而且这种移 动是可以根据自身需要进行选择的。移动a g e n t 也不同于一般的进程迁移，因为一 般来说进程迁移系统不允许进程自己选择什么时候迁移以及迁移到哪里，而移动 山东大学硕士学位论文 a g e n t 却可以在任意时刻进行移动，并且可以移动到它想去的任何地方。移动a g e n t 更不同于j a v a 语言中的a p p l e t ，因为a p p l e t 只能从服务器向客户机做单方向的移 动，而移动a g e n t 却可以在客户机和服务器之间进行双向移动。 移动a g e n t 迁移的内容既包括其代码也包括其运行状态。运行状态可分为执行 状态和数据状态：执行状态主要指移动a g e n t 当前运行时状态，如程序计数器、运 行栈内容等；数据状态主要指与移动a g e n t 运行有关的数据找的内容。按所迁移的 运行状态的内容，移动a g e n t 的迁移c 1 9 1 可以分为“强迁移”和“弱迁移”h o t 。 强迁移同时迁移移动a g e n t 的执行状态和数据状态，但这种迁移的实现较为复杂： 弱迁移只迁移移动a g e n t 的数据状态，其速度较强迁移快，但不能保存移动a g e n t 的完整运行状态。 移动a g e n t 的工作过程可描述为：移动掩e n t 被本地主机转移到远程主机上， 远程主机将会为移动a g e n t 提供一个合适的运行环境，移动a g e n t 在此环境中完成 收集信息、修改自身状态等操作后，移动到下一个远程主机上。移动a g e n t 重复的 执行工作的过程，直到回到本地主机。 显然移动a g e n t 应用是种分布式应用。在概念上，一个基于移动a g e n t 的应 用由一组移动a g e n t 构成( 正如一个面向对象的应用由一组对象构成) ，每个 a g e n t 根据自身的目标和环境的状况移动到拥有计算所需资源的节点上进行计算。 计算的过程中，可能需要与其它a g e n t ( 可以是同一应用中的其它a g e n t ，也可以是 运行系统提供服务的公共设施_ a g e n t ，甚至可能是其它应用的a g e n t ) 进行通信协 作。这一步的计算完成以后，该移动a g e n t 自主地决定下一步的动作，直至其任务 完成并自动消亡。 2 1 2 移动a g e n t 的特点以及生命周期 移动a g e n t 应具备的基本特性包括： ( i ) 自主性( a u t o n o m y ) ：a g e n t 运行时不直接由人或者其它实体控制，它对 自己的行为和内部状态有一定的控制权。 ( 2 ) 社会能力( s o c i a l ab i l i t y ) ：a g e n t 能够通过某种通信机制与其它a g e n t 进行信息交换。 ( 3 ) 反应能力( r e a c t i v i t y ) ：即对环境的感知和影响。无论a g e n t 生存在现 实的世界中还是虚拟的世界中，它们都应该可以感知所处的环境，并可通过行为 山东大学硕士学位论文 改变环境。 ( 4 ) 自发行为( p r o - a c t i v i t y ) ：传统的应用是被动地由用户来运行的，而且 只能机械地完成用户的指令；而a g e n t 的行为应该是主动的，或者说自发的。a g e n t 感知周围环境的变化，并做出基于目标的行为( g o a l d i r e c t e db e h a v i o r ) 。 除基本特性以外，a g e n t 还可拥有以下性质：通信能力、移动能力、学习能力 和可靠性等。a g e n t 可以分为移动a g e n t ( 也称用户a g e n t ，u s e ra g e n t ) 和服务 a g e n t ( 也称系统a g e n t ( s y s t e ma g e n t ) 或静态a g e n t ( s t a t i ca g e n t ) ) 。服务a g e n t 不具有移动的能力，其主要功能是向本地的a g e n t 或来访的a g e n t 提供服务。移动 a g e n t 是具有移动特性( m o b i l i t y ) 的智能a g e n t 。下面我们重点介绍关于移动a g e n t 的一些基础理论。 异步性：异步包括两个方面，即异步迁移和异步执行。尽管a g e n t 的消息传输 和a g e n t 迁移要求可靠性，但是并不意味着对a g e n t 的移动性做出过于严格的同步 要求。因为断连操作是移动a g e n t 计算的重要优势，所以a g e n t 的断连执行能力不 应该由于a g e n t 的跟踪定位需求而受到太多约束。因而，对于协议而言，要求能够 保证迁移和执行计算的异步性。 自适应性：应用的需求是各种各样的，因而对于以上的需求应该有所侧重。 例如，有的应用对异步性要求较高，这就要 求a g e n t 的定位寻址方式不能是集中式 的：有的应用的可靠性要求较高，这就应该多考虑一些同步方面的要求。虽然可以 针对特定的应用来设计消息通信协议，但是设计一种适应于通用a g e n t 平台的自适 应协议还是最佳的选择。 安全性：为保护通信安全，要对所有的信息提供通信认证，对任何可能的安 全危害进行检测，比如，“加密信道一权限控制”的a g e n t 系统通信安全性实现方 法，提供了多层次检查机制，这种方法用基于r s a 和r a b i n 算法的加密信道来提供 底层的签名和加密服务，而在高层提供权限控制机制。需要说明的是，安全性不 属于本文工作的研究范畴。 无论是服务a g e n t 还是移动a g e n t 都是一个软件对象，具有鲜明的生命特征， 它们从被用户创建开始就进入它的生命周期循环直至死亡，a g e n t 的生命周期定义 了它所具有的不同的生命状态以及状态转换。所不同的是移动a g e n t 不断在网络中 迁移、协作，具有移动性，因此它的生命状态要复杂一些。分析移动a g e n t 的状态、 山东大学硕士学位论文 状态转换，有助于我们了解移动a g e n t 对它的生存环境的需求，有助于分析环境所 应具备的各种用服务。 i 初始态：当移动a g e n t 被创建时，它就进入了初始态，完成运行前的准备 工作，包括：给定移动a g e n t 名及身份，确定其功能语义和迁移语义等。创建工作 需要移动a g e n t 环境提供一个良好的用户使用环境和一套丰富的移动a g e n t 应用程 序编程帮助充成上述工作。 2 执行态：执行态是移动a g e n t 的核心状态，在执行期间与其它资源进行 交互，开展协作，最终完成主要功能。山于移动a g e n t 在异构的网络平台上执行， 并且消耗当地结点上的资源，因此需要跨平台解释器的支持，同时需要底层运行 支撑环境提供的迁移、通信、安全、资源访问等各方面的支援。 3 持久态：也称冻结态，移动a g e n t 停止运行，进入持久化存储。在持久态 下，移动a g e n t 的生命并未结束，它等待再次被唤醒，恢复到执行态。一旦进行持 久态，移动a g e n t 将拒绝处理任何外部信息。一般情况下移动a g e n t 进行持久态是 由于迁移前要对其运行状态和运行上下文的封装，因此运行环境不仅能提供移动 a g e n t 运行状态的冻结，而且能够对发给冻结状态下的移动a g e n t 的消息作出反应， 如消息暂存或缓冲，等至o a g e n t 迁移到新的结点并恢复运行时，将消息转发给它。 4 迁移态：移动a g e n t 正处于变更其运行环境过程中。迁移的完成必须依赖 运行环境借助网络和操作系统的数据传输能力才能完成。处于迁移状态的a g e n t 也 会“丢失”此时到达的消息，运行环境需要对上述消息进行暂存或缓冲。此外， 迁移是完成一个移动a g e n t 物理上的两个结点之间的数据和代码转移转移，因此处 于迁移态的移动a g e n t 还要求环境进行必要的容错处理，否则将造成协作的失败和 应用系统的破坏。当移动a g e n t 采用解释型语言女f l j a v a 时，迁移的支排还包括a g e n t 对象类的代码迁移。 5 消亡态：移动a g e n t 应用程序完成用户斌与的工作后，该程序所创建的所有 a g e n t 应被撤销。通常，撤销有两种方式：一种是按照a g e n 七的功能语义和迁移语 义，由系统主动撤销：另一种是用户在线发布撤销指令，由运行环境强行完成a g e n t 的撤销。当移动a g e n t 被创建时，它首先进入初始态。调用i n v o k e 后，被激活进入 执行态，在执行态时，移动a g e n t 可以接收种消息，与外部环境交互。当调用p e r s i s t 时，移动a g e n t 由执行态进入持久态。在持久态调用r e s t o r e ，可以将其恢复到执 山东大学硕士学位论文 行态。当调用m i g r a t e 时，移动a g e n t 进入迁移态。当成功到达目标位置或迁移失 败，将再次进入执行态。在任何状态下，只要调用d e s t r o y ，移动a g e n t 便进入消 亡态，结束生命中。 图2 - 1 移动a g e n t 的生命周期图 2 1 3 移动a g e n t 技术的应用和优点 基于移动a g e n t 的应用是当前移动a g e n t 领域的一个研究热点。移动a g e n t 作为 关键技术被广泛地应用在移动计算、电子商务( 特别是移动电子商务) 、网络管理、 分布式信息查询( 智能搜索引擎) 、工作流管理、并行处理、信息( 软件) 分发、个 人助理、安全代理、组件技术等各个领域。移动a g e n t 的移动性、自主性、反应性、 主动性和交互性。 使移动a g e n t 技术在许多领域中，特别是i n t e r n e t 领域中显示了强大的优势： ( 1 ) 减小网络带宽和时延：a g e n t 移动到服务器端执行，避免了大量数据在网 络上的传输。分布式系统通常依赖于通信协议，这些协议在完成给定任务的过程 中涉及多次交互行为，这将导致网络交通拥挤，移动a g e n t 使我们可以将一个会话 过程打包，然后将其派遣到目的主机上去进行本地交互。此外当进行远地主机的 大t 数据处理时，这些数据也不应在网络上大批移动，而应在本地被处理完成。这 种把计算移动到数据上进行的思想大大节省了所占用的网络带宽减少了时延。 ( 2 ) 克服网络隐患：对那些重要的实时系统而言，如使用大规模工厂网络对加 工制造机器人进行控制的实时系统，系统豁要对环境的变化做出实时反应。但这 种网络控制有很多隐患，对实时系统而言是无法接受的。但移动a g e n t 技术是一个 山东大学硕士学位论文 很好的解决方法，因为a g e n t 可以从中央控制器被传送到各局部点激活，并在当地 直接执行控制器的指令。 ( 3 ) 具有完整的封装协议：当数据在分布式系统中进行交换时，每一台主机都 有自己的网络协议，该协议将对传出数据进行编码，对传入数据进行解码。但是 协议经常为满足新的效率和安全需求而需要改进，而实现该协议的代码升级工作 要么儿乎不可能要么相当困难，这样就会产生“遗产”协议，而移动a g e n t 能够直 接移动到远地主机，建立起一个基于私有规程的数据传输通道。 ( 4 ) 异步自主运行：通常移动设备上的计算皆依赖于昂贵而脆弱的网络连接， 它要求在移动设备和固定网络之间建立持续的连接，这种要求从经济和技术的角 度上讲都不易实现。但对行移动a g e n t ，这些任务可以嵌入到移动a g e n t 中去，然 后它通过网络被派遣出去。此后用户的移动设备或系统就可以断开与网络的连接， 移动a g e n t 就不需统一的调度，独立生成它的进程，并可在异步的不同节点七运行， 待特定任务完成后用户可以在方便的时候将移动设备或系统重新连接到网络上并 从a g e n t 中取回结果，这样不仅避免了系统保持与网络长时间稳定连接所带来的成 本和技术上的苛刻要求，而且为用户节省了大量的上网费用。 ( 5 ) 具有较强的应变能力：移动a g e n t 具备感知其运行环境，并对环境变化做出 反应的能力。多移动a g e n t 拥有在网络主机之间动态合理分布自身的独特能力，比 如按一定规则来维持解决某个特定问题的最优配置。 ( 6 ) 并行求解：在分布式环境下，为了完成某项任务，用户可以创建多个a g e n t ， 同时在相同或不同的节点上运行，能够实现较好的并行性。 ( 7 ) 智能化处理：移动a g e n t 具有根据任务目标、网络通讯能力和服务器负载等 因素动态规划下一步操作的能力。 ( 8 ) 具有自然异构性：网络计算平台往往是异构的。由于移动a g e n t 通常是独立 于计算机和传输层，而仅仅依赖于其运行环境，所以移动a g e n t 提供了无缝系统集 成的最优条件。 ( 9 ) 具有较强坚定性和容错能力：移动a g e n t 具有对非预期状态和事件的应变 能力，这使我们更容易刨建客错性好的分布式系统。当关闭一台主机时，所有正 在该主机运行的a g e n t 会得到替告，并有足够的时间转移到另一台主机上继续运 行。 山东大学硕士学位论文 图2 - 2 移动a g e n t 运行图 分析该模式，可以发现从技术角度来说，移动a g e n t 具有以下技术特点： 指引的局部化：移动a g e n t 计算模式中，几乎所有的交互都是发生在相同的 本地节点中，指引都是局部的。 功能( 代码) 的移动：移动a g e n t 模式中，客户端可以轻易地将一段完成某 个任务的代码封装成移动a g e n t ，通过网络发送到另一个结点，该代码还可以自主 地向下一个节点移动，形成代码的漫游。 计算的移动：单纯的代码移动不是移动a g e n t 计算模式的技术特色，该模式 支持移动a g e n t 在执行过程中进行计算状态的封装、迁移和恢复执行。 用户代理的能力：移动a g e n t 可以代表用户在网络中漫游，寻找并驻留于合 适的站点，完成用户封装在a g e n t 中的需求。 网络环境的感知：移动a g e n t 漫游，和各服务器服务进行本地交互，有助于 感知网络资源和环境的变化。 2 1 4a g e n t 现状以及发展前景 a g e n t 的研究由来已久，也己经有着广泛的应用。软件a g e n t 是a g e n t 概念在软 件领域当中的应用。软件领域所提到的a g e n t 通常是指软件a g e n t 。 移动a g e n t 也可以说是分布式计算和a g e n t 理论相结合的产物。移动a g e n t 是一 种全新的分布式计算模式，是在原有的计算模式基础上的向前迈的一大步。移动 a g e n t 是可以在网络主机中自主移动，代理用户来完成指定任务的程序。 移动a g e n t 计算模型的体系结构分为两部分，一部分是移动a g e n t 本身，另一 部分是移动a g e n t 赖以生存的环境，移动a g e n t 平台。移动a g e n t 平台是为移动a g e n t 支持和服务的。只有在移动a g e n t 平台下，移动a g e n t 才一可以正常的工作。 山东大学硕士学位论文 由于移动a g e n