（计算机应用技术专业论文）基于移动agent的选课系统设计及关键技术研究.pdf

摘要 摘要 目前，随着计算机网络技术的高速发展，在全国高校中许多教务系统相 继投入使用。然而，由于这些系统及其选课子系统基本都是基于传统的b s i s 结构，在网上选课过程中，由于选课人数多，造成响应时间变慢，一段时问 内服务器负担过重等问题。 基n 比，以广东工业大学计算机工程研发巾心研发的广东工业大学教务 系统为背景，本文设计了一种基于移动a g e n t 的w e b 选课系统，其核心思想 为：利用移动a g e n t 技术，并基于其在主动网络、数学规划方面的应用，在 主动网络的网络构架基础上，通过数学规划及各分布式技术，进一步对廉价 网络节点加以利用，对系统进行设计与配置，以解决上述服务器负担过重等 闳题，保障网上选课顺利进行。 本文从选课系统开始介绍，逐次介绍了关于基于移动a g e n t 的w e b 选课 系统的各项设计与关键技术，最后给出了实现方案。其主要工作为：一、基 于移动a g e n t 技术，在主动网络构架基础上，对选课系统进行设计与架构； 二、将选课任务封装在移动a g e n t 中，移动到廉价日的节点中执行，使计算 移动到数据，减少网络流量；三、基于移动a g e n t 技术，对网络中计算节点 进行数学规划，结合负载均衡技术达到网络优化配置。 关键词选课系统；移动a g e n t ；主动网络；数学规划；负载均衡 ；= 兰三些查兰三兰堡圭兰堡丝三 a b s t r a c t n o w a d a y s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , m a n y e d a c a t m n a lm a n a g e m e n t s y s t e m sh a v eb e i n gu s e d i ns u c c e s s i o ni nd o m e s t i c u n i v e r s i t i e s h o w e v e r , s u c hs y s t e m sa n di t ss u b s y s t e m sa r eb a s i c a l l yb a s e do n t r a d i t i o n a ls t r u c t u r ea sw e l la sb s s i nc h o o s i n gc o u r s e so nw e b ，b e c a u s eo f a m o u n t so fs t u d e n t s ，t h i ss t r u c t u r ec a u s e ss u c hp r o b l e m sa st h e s ee d u c a t i o n a l m a n a g e m e n ts y s t e m s r e s p o n s es p e e ds l o wa n d t h es e r v e ro v e r l o a d ，e t c t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dan e ww e bc h o o s i n gc o u r s e ss y s t e m b a s e do nm o b i l e a g e n t ，a c c o r d i n g a st h ee d u c a t i o n a l m a n a g e m e n ts y s t e m d e v e l o p e db yc o m p u t e re n g i n e e r i n g r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t c e n t e ri n g u a n g d o n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y t h em a i ni d e ao ft h ep a p e ri s t h a t b y m o b i l ea g e n tt e c h n i q u ea n di t s a p p l i c a t i o n o na c t i v e n e t w o r k ，m a t h e m a t i c s p r o g r a m m i n ga n ds oo n ，u t i l i z i n gc h e a pn e t w o r kn o d e st od e s i g na n dc o n f i g u r e t h e s y s t e m f u r t h e r m o r e ，t h ep a p e r u s e sm a t h e m a t i c s p r o g r a m m i n g a n d d i s t r i b u t i n gt e c h n o l o g ya n dm a k e st h es y s t e me s t a b l i s ho na c t i v en e t w o r k t h u si t s o l v e st h e p r o b l e m ss u c h a st h es e r v e ro v e r l o a ds t a t e da b o v ea n de n s u r e sc h o o s i n g c o u r s e st og oo nw h e e l s t h i sp a p e rf i r s t l yi n t r o d u c e st h ec h o o s i n gs y s t e m s ，a n dt h e np r e s e n t st h e d e s i g na n dk e yt e c h n i q u e s a b o u tt h en e wc h o o s i n gc o u r s e s s y s t e mb a s e do n m o b i l ea g e n t l a s t l yt h ep a p e rg i v e si t sr e a l i z a t i o ns c h e m e t h em a i nw o r ki sa s f o l l o w s ：o n ei s d e s i g n i n ga n dc o n f i g u r i n gt h ec h o o s i n gc o u r s e ss y s t e mo na c t i v e n e t w o r kb a s e do nm o b i l ea g e n t ；t h eo t h e ri se n c a p s u l a t i n gt a s k si nm o b i l ea g e n t s a n dm o v i n gt h e mt oc h e a pn o d e st oe x e c u t e ，w h i c hm a k e s c o m p u t a t i o nm o v e t o d a t as oa st or e d u c en e t w o r k f l o w ；t h e t h i r di sb a s e do nm o b i l e a g e n t m a t h e m a t i c sp r o g r a m m i n gn e t w o r kn o d e sa n d o p t i m i z i n gn e t w o r kc o n f i g u r a t i o n b y l o a db a l a n c et e c h n o l o g y k e y w o r d s c h o o s i n g c o u r s e s s y s t e m , m o b i l ea g e n t ，a c t i v en e t w o r k ， m a t h e m a t i c sp r o g r a m m i n g l o a db a l a n c e 第一章绪论 第一章绪论 1 1 课题来源、研究背景及意义 随着商等教育的发展和社会的需要，各高校尽多地开设各类课程， 以拓宽学生的知识面，培养学生的个性和创造能力，提高学生的综合素 质。但由于传统的人工选课数据是经多级手工处理后卜报教务处的，效 率较低，而选课时繁琐的统计、汇总也给教务管理部门带来了很大的t ： 作量，因此容易出错。另一方面，学生对课程的迟选、补选、改选操作 非常麻烦，同时教学管理部| 、j 无法掌握选课人数的变化和学生分布情 况，难以进行动态调整。学生选课、数据统计、名单打印等工作无法实 现一体化。传统的选课方式已经不适应现代教务教学的改革和发展，迫 切需要一种新的选课方式i l l 。 另一方面，随着计算机网络技术的高速发展，各高等院校校园网建 设发展迅速，办公室、学生机房、实验室等也已通过校园网实现了互连 互通，为教务教学管理信息化、数字化、网络化提供了必要条件。 国内很多高等学校，如清华大学m 、上海交通大学、南京大学、暨 南大学n 一等都将建设校园信息化系统和建设学校管理信息系统置于一个 至关重要的地位。但是，这些系统及其选课子系统基本都是基于传统的 b m s 结构，在网上选课过程中，由于选课人数多，造成了系统响应速 度慢，服务器负担过重等问题。 基于此，以广东工业大学计算机工程研发中心开发的广东工业大学 教务管理系统为背景，本文设计了一种基于移动a g e n t 的w e b 选课系统， 其核心思想为：利用移动a g e n t 技术，并基于其在主动网络、数学规划 方面的应用，在主动网络的网络构架基础上，通过数学规划及各分布式 技术，进一步对廉价网络节点加以利用，对系统进行设计与配置，以解 决上述服务器负担过重等问题，保障网上选课顺利进行，提高教务工作 效率与质量。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 2 国内外研究现状 国外，在欧美等发达国家中，由于信息化建设起步较早，许多大学 的教学管理系统已比较成熟。同时，在选课过程中，由于课程多，学生 少，单门选修人数较分散，刁i 易造成使服务器负担过重、响应速度变慢、 甚至服务器崩溃等问题。而国内则由于起步较晚，校园网及其各方面 w e b 服务的普及还需一定过程，这方面仍处于发展阶段。 目前，国内部分高校正在研究开发相关教务信息管理系统，并在逐 步投入实践中，如清华大学、西南交通大学、西南师范大学、暨南大学、 广东工业大学等，选课系统是这些系统中极为重要的模块之一。 就选课系统而言，其具有一定的时间性、地域性、学校性，由此因 时、因地、因校而异，并具有一定的国情性。目前，国内选课系统的主 要问题较集中于因选课人数过多、选课时间集中并有限，而导致的使服 务器负担过重，响应速度变慢，甚至造成服务器崩溃等闯题。 针对国内高校选课系统存在的不足，本文设计了一种新型的w e b 选课系统，其核心思想为：利用移动a g e n t 技术，并基于其在主动网络、 数学规划方面的应用，在主动网络的网络构架基础上，通过数学规划及 各分布式技术，进一步对廉价网络节点加以利用，对系统进行设计与配 置。 1 3 前期工作 本文思想起源与背景为广东工业大学教务管理系统，其由广东工业 大学计算机工程研发中心独立研发。广东工业大学计算机工程研发中心 多年来一直从事计算机网络与分布式系统等方向的研发工作，其承担的 海印电器电子商务网站、广东大厦无线餐饮管理系统、广东工业大学教 务管理系统、广东工业大学继续教育学院教学管理系统等为计算机网络 技术、分布式技术及电子商务等提供了广泛的研究基础和应用。其中， 广东工业大学教务系统、广东工业大学继续教育学院教学管理系统等， 更是为教务管理系统和选谋系统等的研究与应用提供了必要前提与研 究基础，其中广东工业大学教务系统为本文背景与借鉴系统。其中公选 2 第一章绪论 课系统的结构如下 图1 1 公选课系统结构图 f i 9 1 l r e1 - 1c h o o s i n g c o u r s e ss y s t e ms t r u c t u r e 教务系统具有如下特色： 1 广东工业大学教务管理系统包含了多个功能的信息管理系统，包 括了学籍管理、教学管理、排课管理、选课管理、成绩管理、教 材管理、对外网站、教师管理和考务管理等1 0 多个功能模块， 其中公选课系统为其关键子系统之一。 2 在公选课系统中，实现了学生可以通过学号登录进行网上评教、 修改个人资料、网上选课、查看选课结果、查看成绩等：教师登 录系统后可以修改个人资料、开课、录入学生成绩、查看开课情 况等。此系统的开发改变了以前老师手动开课、学生手动选课、 统计麻烦且容易出错的状况，大大方便了老师开课和学生选课。 但另一方面，由于选课时间集中和有限，选课人数多等原凶，常 使服务器负担过重，响应速度变慢，甚至造成服务器崩溃。 在前期工作中，为完成系统的研发与投入实践，我们做了大量的 + 作，尤其在公选课系统方面，较机动地解决了一些使服务器负担过重的 问题，如采用分区分时间段选课以及改变选课机制等，但各解决方法仍 存在一定局限性与不足。基于此，本文设计了一种新型的w e b 选课系统， 广东工业大学工学硕士学位论文 其核心思想为：利用移动a g e n t 技术，并基于其在主动网络、数学规划 方面的应用，在主动网络的网络构架基础上，通过数学规划及各分布式 技术，进一步对廉价网络节点加以利用，对系统进行设计与配置。 1 4 本文工作及论文组织 本文的主要工作为：一、基于移动a g e n t 技术，在主动网络构架基 础上，对选课系统进行设计与架构；二、将选课相关任务程序标识和参 数封装在移动a g e n t 中，移动到廉价目的节点中执行，使计算移动到数 据，减少网络流量；三、基于移动a g e n t 技术，对网络中计算节点进行 数学规划，结合负载均衡技术达到网络优化配置。其研究的主要内容包 括： 1 教务信息管理系统及选课系统的设计与实现； 2 软件a g e n t 起源、发展及关键技术； 3 移动a g e n t 起源、发展、关键技术及其相关前沿应用，如主动 网络、数学规划等； 4 分布式数据库技术及负载均衡。 本文第二章对选课系统进行了介绍，并针对其数据库与后台服务设 计做了重点介绍，最后对现有系统运营过程中所遇到的问题进行了分 析。 第三章，对移动a g e n t 进行了详细介绍，内容涵盖了其起源、分布 计算模型、优越性及核心技术等，并对现行典型移动a g e n t 系统及其应 用进行了简要介绍与探讨。 第四章，针对现有系统的不足，提出了构建基于移动a g e n t 的选课 系统的全文思想，并给出系统设计方案、体系结构，对其关键技术，如 主动网络、负载均衡、数学规划及数据库备份等做出简要分析。 第五章，进一步对基于移动a g e n t 的选课系统的各个关键技术与系 统配置，如主动网络及其规划、数学规划、自适应算法、数据库备份等 部分进行了详细阐述，并分别给出相应解决方案。 4 第二章选课系统及其简介 第二章选课系统及其简介 随着高等教育的发展和社会的需要，各高校尽多地开设公共选修 课，以拓宽学生的知识面，培养学生的个性和创造能力，提高学生的综 合素质。但由于公共选修课的特殊性，特别是选课时繁琐的统计、扩总 给教务管理部门带来了很大的工作量，传统的人工选课数据是经多级手 工处理后上报教务处的，因此容易出错，导致了效率低、质量低：学生 对课程的迟选、补选、改选操作非常麻烦，同时教学管理部门无法掌握 选课人数的变化和学生分布情况，难以进行动态调整。学生选课、数据 统计、名单打印等工作无法实现一体化，显然传统的选课方式已经不适 应现代教务教学的改革和发展。 另一方面，随着近年来计算机网络技术的发展，各高等院校校园网 建设发展迅速，办公室、学生机房、实验室等也己通过校园网实现了互 连互通，为教务教学管理信息化、数字化、网络化提供了必要条件。国 内很多高校也十分重视网上选课这一方向，积极开发具有本校特色、符 合实际特点的选课系统。 在本章中，我们以广东工业大学教务管理系统中的公共选修课子系 统为背景，对w e b 选课系统进行简介。 2 1 选课系统简介 广东工业大学教务管理系统是由广东工业大学计算机工程研发中 心研发完成，并于2 0 0 2 年投入使用。其中。公共课选修子系统完成的 主要工作为满足校内师生公选课教学任务需求，实现w e b 选课。 大学中的公共选修课，由于其广泛性及制度性，需要在网上开通服 务，方便学生选课学习，提高教务工作效率。系统的主要功能包括： 1 身份验证功能：包括教师，学生等权限及基本资料，如选课条件、教 学要求、已修学分等。此外，主管公选课程工作的教务人员拥有此 广东工业大学工学硕士学位论文 系统的最高权限，对各类公选课信息有审核、增加、修改、查询、 发布的权利，并需要相关文档记录； 2 教务信息发布：如公共选修课程目录、选修课有关规定、专业教学 计划安排的课程以及辅修、双专业、双学位中的课程等； 3 教务管理信息处理：如在规定的时间里对在网上申请开课的信息进 行处理、审核、监测、汇总并组织部分学生进行改选、退选，最终 确定各门课程的实际选修人数及学生名单及之后各项教学安排，如 订购、发放教材服务、上传学生成绩等。 4 选课信息处理：学生通过所获教务信息进行选课，系统根据选课指 南以及各门课程的选课要求，从申请开课课程表中初步筛选出供不 同院系学生选课的课程，并做自动检测( 如非法输入、上课时间冲 突、门数超过限制、与本专业计划课程冲突等) 。 其工作流程如下： 图2 - 1 系统工作流程 f i g u r e2 - 1t h es y s t e mw o r k f l o w 6 第二章选溧系统及其简介 2 2 系统体系结构 如图2 2 所示，”东工业大学教务管理系统中的公选课子系统采取 的是传统的选课系统所采用的b s s 模式，即浏览器w e b 服务器 数据服务器w 体系结构模式。在这种结构中客户端使用i e 浏览器作为第 一层，w e b 服务器作为第二层，数据服务器作为第三层，用户通过w e b 服务器对数据库进行访问与操作。这种构架模式将数据与用户界面及 w w w 分开，三个层次之间的通过标准的接口进行通信和访问，提高了 网络服务的整体性能f 1 。 在这种结构下，所有程序都安装在服务器上，日后的管理、维护全 部在服务器瑞完成。而使用者所在的客户端只需浏览器则可以使用。数 据库与后台服务的设计是系统实施的重点。 图2 - 2 系统体系结构 f i g u r e2 - 2t h es y s t e ms t r u c t u r e 2 3 数据库设计 2 3 1 总数据流图 系统总数据流图如下图2 - 3 所示。 广东工业大学工学颈士学位论文 图2 - 3 系统总数据流图 f i g u r e2 - 3t o t a ld a t a f l o wm a po ft h es y s t e m 2 3 2 系统数据库表 系统中，设计的数据库表主要有： 公选课程类别( p u b l i c s u b j e c t c a t a i o g ) 公选课程( p u b l i c s u b j e c t ) 校区表( d i s t r i c t ) 教师表( t e a c h e r ) 院系表( d e p a r t m e n t ) 学期公选课表( t e r m p u b i i c s u b l e c l ) ( 记录每学期实际开课情况) 临时选课情况表( t e m p p u b | i c a p p i i c a n t ) 最终选课情况表( p u b i i c a pp i i c a n t ) 公选课程班列表( p u b i i c c i a s s i l s t ) 公选课详细表( p ub | c c i a s s d e t a i ) ( 包括学生名单与成绩) 课室功能表( r o o m f u n c t i o n ) 上课时间对照表( c o u r s e l i b r a r y ) 公共谋限选表( p u b l i c l i m i t e d ) 1 茎三耋耋量鍪彗2 翟尘，。，- e s 一 已修课程表( p r e c o u r s e ) 院系表( d e p a r t m e n t ) 专业表( s p e c i a l i t y ) 学生表( s t u d e n t ) 校区选课门数表( d i s t r i c tc o u r s e h u m ) 系统开放控制表( s e l e c t s o r t ) 学生所在校区对照表( s t u d e n l d i s t r i c t ) 课程襄( s u b j e c t ) 公选课室安排表( p u b s u b j e c t _ a r r a n g e ) 下以学生表、学期公选课表、临时选课情况表、最终选课情况表示 范为例，如表2 - 1 2 4 所示： 表2 - 1 临时选课情况表( t e m p p u b l i c a p p l i c a n t ) t a b l e2 - 1t h e t e m p o r a r yp u b l i ca p p l i c a n tt a b l e 序号字段名数据类型n 0 _ r中交说踢 n u l l 1 t e r m s u b j e c t _ l di n t e g e r 、， 学期公选课i d 2s t u d e n tl d c h a r ( 10 ) 学号 3 f l a gc h a r ( 1 ) 选课标志 袁2 - 2 最终选课情况表( p u b l i c a p p l i c a n t ) t a b l e2 - 2t h ef i n a lp u b l i ca p p l i c a n tt a b l e 序号字段名数据类型n o t中文说明 n u l l 1 t e r m s u b j e c t j di n t e g e r 、， 学期公选谍i d 2 s t u d e n tl d c h a r ( 1 0 ) 宁号 9 广东工业大学工学硕士学位论文 表2 - 3 学生表( s t u d e n t ) t a b l e2 ，3s t u d e n tt a b l e 序号字段名数据类型 n o t n u l l中文说明 尝斗 1s t u d e n ti d c h a r ( 12 ) s t u d e n t r e g i d c h a r ( 13 ) 注册弓 2c l a s si d c h a r ( 8 ) 班号 3c h in e s e n a m e v a r c h a r ( 10 ) 中丈名 4 e n g l i s h n a m ev a r c h a r ( 2 0 ) 英文名 5b i r t h d a t ed a t e t i r n e 、， 冉生年j 6s e x c h a r ( 1 ) 性别 7 n a t i o n a l i t yv a r c h a r ( 1 o ) 民族 8b i r t h p l a c ev a r c h a r ( 2 0 ) 籍爿 9 p o i i t i c s f e a t u r ev a r c h a r ( 10 j 政冶面貌 1 0h e a l t h s t a t u s c h a r ( 2 ) 健康状况 1 1 c e r t i f i c a t e i dv a r c h a r ( 18 )身份i j e 号 1 2o l d s c h o o i v a r c h a r ( 3 0 ) 、， 原学校名 1 3 f o r e i g n l a n g u a g ev a r c h a r ( 1 0 )外语汹种 1 4e n t e r m o d e v a r c h a r ( 10 ) 入学方式 1 5t o t a l f r a c t i o n n u m b e r ( 3 ) 入学总分 1 6c o m e f r o m c h a r ( 4 ) 、， 学生来源 1 7 p h o t o 、， 照片 1 8 d e s c r i p t i o nv a r c h a r ( 5 0 ) 说明 1 9 p a s s w o r dv a r c h a r ( 8 ) 密码 1 0 表2 _ 4 学期公选课表( t e r m p u b l i c s u b j e c t ) ( 记录每学期实际开课情况) t a b l e2 - 4t h et e r m p u b l i cs u b j e c t st a b l e 摩号字段名数据类型n o t说明 n u l l 1 t e r m s u b j e c t i di n t e g e r 学期公选 课i d 2t e r m c h a r ( 7 ) 、， 学期峙 3 s u b j e c t i dv a r c h a r ( 8 ) 课程l d 一 4r a n k v a l u e n u m b e r ( 4 ，1 ) 、， 学分 5 s t u d y s p a nn u m b e r ( 3 ) 学时 6 e x p e r i m e n t s p a nn u m b e r ( 3 )实验学时 7 o n l i n e s p a nn u m b e r ( 3 ) 上机学时 8 r o o r n f u n c t i o n i dc h a r ( 1 ) 、， 课室功能 l d 9 d e p a r t m e n t i dc h a r ( 2 ) 院系j d 1 0t e a c h e rj d c h a r ( 8 ) 、， 教师i d 1 1 d i s t r i c tl d c h a r ( 1 ) 校医i d 1 2m a x s t u d e n t i | r n i t e d n u m b e r ( 3 ) 0 人数良 1 3c o u r s e t i m e n u m v a r c h a r ( 3 ) 卜课刚间 1 4b o o k v a r c h a r ( 10 0 ) 教材及版 杰 1 5cn u m b e r n u m b e r ( 3 ) 实选人数 1 6 d e s c r i p t i o nv a r c h a r ( 5 0 ) 简介 1 7 f l a gc h a r ( 2 ) 、， 丌谍柄i 忐 1 8 c a t a l o g i dc h a r ( 1 ) 课程类别 广东工业大学工学硕士学位论文 各表间关系如下 r h _ 蛐 r h 啦j h r r l b 址r r 日_r d h a l i a 上h j _ _ 叫自自唧 _ 自t j w a 埠垃聊 啊 j 士荣蹄 w 肆t 肿一叶- 訾 自蜓刚 d t e m 骝 一蛳j d 嗍h 粼 t d ，t 耵e 鱼玛甲mt a , k m b a s t a m n t r 暗 o 呻h 呻m 童码甲n a l m m m n d 吧铲i 篙 茹麓南 i r a m 珥 b 目蝴 - l a 螂嗣l i 一粼 粼 a a n r r l t a 4 粼雌： 哇嚏舅矗6 t d m _ 刚 d p i ；l l器替 晒 ：l i ； i l ； 由“j f 崎 d t 目m r n m i o ” l 噔掰。 怒秦嚣r 竺竺 1 l l k 峰月m + | 毒勰，j l 赫i 图2 4 表问关系 f i g u r e2 - 4r e l a t i o n s h i po f t h ed a t a b a s et a b l e s 2 4 后台服务设计 后台服务的功能流程如下： 1 参数设置：校区选课门数、网上系统开放控制、学生所在校区对 照、教师信息采集； 2 公选课程管理：教师开课资格申请：接受教师申请，将教师申请 的课程库( s u b j e c t ) 中的课程开设为公选课，加入到公选课程库 ( p u b l i c s u b j e c t ) ；教师开课资格取消：若教师连续三年都不开设 他的课程，则取消其开设此门课程为公选课的资格； 3 教师申请学期开课：接受教师申请的同时，后台可修改教师网上 提交的资料，但需要教师书面报告； 4 审核教师的申请：教务人员根据实际情况，可取消某些课程，或 根据教学资源，修改上限人数等资料； 5 确定课程列表，以供学生选课； 第二章选课系统及其简介 6 开通嘲上学生选课系统，同时后台也能够选课、退课； 7 审批学生第”轮选课结果：将选课人数小于+ 一定人数的课程取消 开课，公布第一次决策结果； 8 开通网上和后台学生第一轮选课； 9 审批学生第二轮选课结果； l o 学生选课统计、审核、灵活调整、定购教捌统计、安排教学资源 等； 11 公布和打印公选课程教学安排，并在网上发布； 1 2 排课管理、排课查询等： 1 3 开通网上公选课成绩输入或上传，同时后台也能够录入、导入成 绩并进行相关统计，包括班级成绩查询，教师提交情况的统计等； 1 4 打印出成绩单并经任课老师确认后，成绩数据进入最终学籍库。 若要修改则要申请并提供相关证明资料； 1 5 根据有成绩的学生人数和学分、学时等信息，交给教学工作量系 统确定教师工作量。 2 5 系统局限 通过以上介绍，可见网上选课系统是基于w e b 的现代综合教务管理 系统的重要组成部分。它的实现减轻了管理人员的工作量、减少了重复 劳动，使教学管理更加科学化、规范化，充分提高了教务管理工作的质 量与效率。然而，这些网上选课系统的实际应用中，却出现一些问题。 学校选课都有一个共性，就是通常要求在有限的时间内，如每一学期初 某几天，要求学生完成课程的选择。所以，当学生大量集中于某个时间 段进行选课时，在短期内数据库服务器的负担很重，造成响应速度变慢， 响应时间增长，甚至会导致系统的崩溃。 因此，要使网上选课系统充分发挥作用，必须解决这一问题。同时， 又考虑到选课只是集中于某几天个时间段，如果用多购买数据库服务 器这种办法来解决，从经济角度看不是一个好的措施，而且一年中大部 分时间这些新置服务器都会在闲置着，因而造成资源的浪费。基于此， 广东工业a 学工学硕士学位鲶文 本文设计了一种新型的w e b 选课系统，其核心思想为：利用移动a g e n t 技术，并基于其在主动网络、数学规划方面的应用，在主动网络的网络 构架基础上，通过数学规划及各分布式技术，进一步对廉价网络节点加 以利用，对系统进行设计与配置。 2 6 本章小结 本章对选课系统进行了阐述，并分析了其困难与不足，主要的介绍 有： 1 选课系统及其简介； 2 选课系统的体系结构； 3 选课系统的数据库设计； 4 选课系统的后台服务设计； 5 传统选课系统的局限。 针对目前选课系统的局限，我们提出了论文的核心思想，其中移动 a g e n t 技术的利用为系统关键，因此在下一章中，我们将对其做详细介 绍。 1 4 第三章移动a g e n t 简介 第三章移动a g e n t 简介 3 1 软件a g e n t 与分布式对象技术的不足 在基于软件a g e n t 技术的软件模型中，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， 则整个计算过程都将失败。其对网络的可靠性要求非常高。 而在传统网络中，分布式计算技术都是基于c s 模式。通过消息传 递( m e s s a g ep a s s i n g ，m p ) 或远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 等方式，通信双方进行远程通信。随着新型网络应用的出现，c s 模式 的局限也日益明显，其远远不能适应当今快速多变的网络应用需求。在 这种环境之下，一种基于组件的分布式对象技术开始出现，与传统的c s 模式相比，它能够适应更大规模的网络环境，并且通过中间件机制来屏 蔽网络的异构性。目前主流的分布式对象技术有o m g 的c o r b a r s ，、s u n 公司的r m i 和企业级j a v a b e a # 6 】 7 1 以及m i c r o s o f t 的c o m d c o m ls h ”。尽 管如此，它们的特征仍然是物理上应用分布和数据分布，逻辑上是抽象 的集中，而且它们缺少更高的自主性，对周围的环境也不具有一定的感 知能力。 移动a g e n t 正是为解决这些问题而提出的。“可以让智能a g e n t 在 i n t e r n e t 上自主移动并执行，以完成用户指定的任务”，这就是移动a g e n t 的最初构想。 3 2 移动a g e n t 的产生及定义 移动a g e n t 是软件a g e n t 技术与分布式计算技术相结合的产物。2 0 世纪9 0 年代初，g e n e r a l m a g i c 公司在推出其商业系统t e l e s c r i p t 时第一 次提出了移动a g e n t 的概念，即一个能在异构网络环境中自主地从一台 主机迁移到另台主机，并可与其它a g e n t 或资源交互的软件实体儿o ，。 从此定义可以看出，移动a g e n t 是一类特殊的软件a g e n t ，它除了具有 软件a g e n t 的基本特性一自治性、响应性、主动性和推理性外，还具 有移动性，即它可以在网络上从一台主机自主地移动到另一台主机，代 表用户完成指定的任务。由于移动a g e n t 可以在异构的软、硬件网络环 境中自由移动，因此这种新的计算模式能有效地降低分布式计算中的网 络负载、提高通信效率、动态适应变化了的网络环境，并具有很好的安 全性和容错能力。 而且，移动a g e n t 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a g e n t 带有状态，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。 3 3 基于移动a g e n t 的分布计算模型 目前的分布式系统通常过多地依赖于网络通信协议，这些协议在完 成任务的过程中需要进行多次交互，从而很容易导致网络拥塞，如图3 一l 所示。 图3 一l 传统方式f 1 2 1 f i g u r e3 - lt r a d i t i o n a lm a n l i e r 1 6 传统方式f ，客户端与服务器端要始终保持连接，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 可以封装一个完整的会话过程，然后自主移动到日的主 机卜去进行本地交互，如图3 - 2 所示。此外，当远程主机需要进行数据 处理时，采用移动a g e n t 还可以避免大量数据在网络上的传输，其基本 思路是将计算移至4 数据二去进彳亍，而不是把数据移到计算中来。 图3 - 2 移动a g e nc 方式【1 2 1 f i g u r e3 - 2m o b i l ea g e n tm a n n e r 采用移动a g e n t 技术能够较大地减轻网络负载，移动a g e n t 的出现 使得计算机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， 而是向其它计算机提供可执行的计算过程，通过网络传送的消息也f i 再 仅仅局限于数据，而是包含计算过程及其所处状态的计算实体。在移动 a g e n t 计算模型中，计算过程及其相应状态在接收方计算机中完全代表 了发送方的所有请求，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 无需消耗过多的网络带宽，它仅仅在移动时使用带宽： 移动a g e n t 在移动后将继续执行，即使此时已经失去了与创建者之 间的网络连接。 因此，如果一个客户机需要与网络上特定服务器进行大量的通信， 最好的办法就是实现一个使用移动a g e n t 的系统，该a g e n t 能够自动移 动到远程服务器上，执行计算任务并返回，这样可以减少网络拥塞。整 个计算过程中客户机没有必要在网络中存在，仅仅只有在移动a g e n t 返 回时，客户机才需要连接到网络上，如图3 3 所示。 1 7 广东工业大学工学硕士学位论文 | 曼皇| 曼曼曼曼曼舅寡皇曼量置量墨i 量量量曼量毫量芭皇曼| | 曼皇舅曼曼曼皇鼍量一 图3 - 3 移动a g e n t 计算模型1 1 2 1 f i g u r e3 - 3t h ec o m p u t i n gm o d e l o fm o b i l ea g e n t 3 4 移动a g e n t 的优越性 移动a g e n t 技术给分布式系统的设计、实现和维护都带来了新的活 力，它比传统分布式计算模型有着明显的优势1 1 2 1 ： 1 、移动a g e n t 能较大地减轻网络上的数据流量 通过将服务请求a g e n t 移动到目标主机，使得移动a g e n t 可以直接 访问该主机上的资源，与源主机间的交互变少，避免了大量数据在网络 中的传输，从而降低了整个系统对网络带宽的依赖，缩短了通信时延， 提高了服务质量。 2 、移动a g e n t 能以异步的方式自主运行 可以将要完成的任务封装到移动a g e n t 中，并通过网络将其派遣出 去，然后就可以断开源主机与目标主机之间的连接。此后，移动a g e n t 就独立于生成它的进程，并可异步自主操作了。源主机可以在随后适当 的时候再与目标主机连接并接收计算结果。 3 、移动a g e n t 具有较强的应变能力 移动a g e n t 能够感知其运行环境，并对环境变化做出适当的反应， 第三章移动a g e n t 简介 它可以根据服务器和网络的负载动态决定移动目标。 4 、移动a g e n t 有利于并行处理 移动a g e n t 在进行任务处理时可以动态创建多个子a g e n t 并行工作， 提高效率并降低作业的响应时间。 5 、移动a g e n t 具有天然的异构性 分布式网络计算平台往往是异构的，而移动a g e n t 通常独立于特定 的软硬件环境，仅仅依赖于其运行环境，所以移动a g e n t 是进行无缝系 统集成的最优条件。 6 、移动a g e n t 具有很强的健壮性和容错能力 移动a g e n t 支持离线操作，这大大降低了网络应用对网络连接可靠 性的要求。它的反应性使之能及时的感知网络节点的失效，其自主性可 以使它自主地处理并修正错误，更容易建立容错能力强的分布式系统m ，。 总之，在网络逐步走向一体化的时代，移动a g e n t 技术较之于传统 的分布式技术有着非常明显的优势。 3 5 移动a g e n t 核心技术 3 5 1 移动a g e n t 的内部结构 移动a g e n t 结构可定义为一组相互关联的模块，其结构模型如下图 图3 - 4 移动a g e n t 的结构模型【1 1 1 f i g u r e3 - 4s t r u c t u r em o d e l o fm o b i l e a g e n t 1 9 广东工业大学工学硕士学位论文 安全代理：它是a g e n t 与外界环境通信的中介，执行a g e n t 的安 全策略，阻止外界环境对a g e n t 的非法访问。 环境交互模块：a g e n t 通过它感知外部环境并作用于外部环境。环 境交互模块实现a c l ( a g e n t 通信语言) 语义，保证使用相同a c l 的a g e n t 和服务设施之间的正确通信和协调，而通信内容的语义 和a c l 无关。 任务求解模块：它包括a g e n t 的运行模块，以及与a g e n t 任务相 关的推理方法和规则。 知识库：是a g e n t 所感知的世界和自身模型，并保存在移动过程 中获取的知识和任务求解结构。 内部状态集：是a g e n t 执行过程中的当前状态，它影响a g e n t 的 任务求解过程，同时a g e n t 的任务求解又作用于内部状态。 约束条件：是a g e n t 创建者为保证a g e n t 的行为和性能而做出的 约束，如返回时问、站点停留时间及任务完成程度等，一般只有 创建者拥有对约束条件的修改权限。 路由策略：决定a g e n t 的移动路径，路由策略可能是静态的服务 设施列表( 适用于简单、明确的任务求解过程) ，或者是基于规则 的动态路由以满足复杂和非确定性任务的求解。 3 5 2 移动a g e