（计算机应用技术专业论文）基于移动agent的个性化学习支持系统研究与设计.pdf

江苏大学硕士学位论文 摘要 随着信息技术、网络技术的飞速发展。现代教学与传统教学相比，在教学 环境、教学内容、教学手段、传播形式等方面上都出现了极大的差异。学习者 在智力水平、身体条件、心理状况、家庭环境、教育背景等诸多方面均存在差 异。在承认这些差异的前提下，以学生为中心的主动式个性化学习，已成为现 代教育发展的新方向。 移动a g e n t 技术是一种新型的分布式计算技术，它结合了分布式计算技术 和人工智能技术，具有自主性、反应性、能动性、移动性等优点，为个性化学 习系统的设计提供了一个新思路。 本文将移动a g e n t 技术和个性化学习的思想相结合，探讨了基于移动a g e n t 的个性学习支持系统的体系结构、工作机制、个性化策略的设计与实现、各a g e n t 的工作原理和工作过程以及移动a g e n t 的迁移和驱动，最终构建了一个基于移 动a g e n t 的个性化学习支持系统模型。 本文研究的主要内容： ( 1 ) 研究个性化学习及其支持系统的特点，结合移动a g e n t 的技术优势设 计基于移动a g e n t 的个性化学习支持系统模型。 ( 2 ) 对系统的体系结构和工作机制进行研究和分析，并对系统中各a g e n t 的工作原理和工作过程进行分析和设计。 ( 3 ) 从个性特征的提取、学生学习能力的评估、教学内容的动态组织三个 方面，详细描述了系统的个性化策略。 ( 4 ) 结合a g l c t 平台，对系统进行实现，并对系统中的主要模块和关键技 术的实现进行详细的阐述。 关键词：a g e n t ，移动a g e n t ，个性化学习，学习支持系统 江苏大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h eg r e a td e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , m o d e mt e a c h i n gd i s t i n g u i s h e si t s e l ff r o mi t st r a d i t i o n a lc o u n t e r p a r ti nt e a c h i n g e n v i r o n m e n t , e d u c a t i o n a lc o n t e n t s ，m e a n so f i n s t r u c t i o na n dd i s s e m i n a t i n gf o r m s ，a n d e t c u n d o u b t e d l y , t h e r ei sag r e a td i v e r s i t ya m o n gl e a r n e r so fi n t e l l i g e n tl e v e l ，p h y s i c c o n d i t i o n , m e n t a l 甜a l c f a m i l ye n v i r o n m e n t , e d u c a t i o nb a c k g r o u n da n ds oo i l a ss u c h d i v e r s i t i e s ，l e a r n e r - c e n t r e da u t o n o m i cp e r s o n a l i z e dl e a r n i n gi sb e c o m i n gah o t d i r e c t i o no f t h em o d e r ne d u c a t i o nr e s e a r c h m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi n t e g r a t i n gd 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 yw i t h a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c et e c h n o l o g yi san e w t y p eo fd 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 y , a n di th a sal o to fa d v a n t a g e ss u c ha ss e l f - d e t e r m i n a t i o n , r e a c t i v i t y , a c t i v i v ya n d m o b i l i t y i tp r o v i d e san e wc o n c e p tf o rp e r s o n a l i z e dl e a r n i n gs y s t e m t h ed i s s e r t a t i o n , i n t e 鲫i n gm o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y 、航t l lp e r s o n a l i z e dl e a r n i n g c o n c e p t s ，p r e s e n t sap e r s o n a l i z e dl e a r a i n gs y s t e mm o d e lb a s e do nm o b i l ea g e n ta n d d i s c u s s e ss y s t e ma r c 址t c c t i l 他，w o r k i n gm e c h a n i s m ，d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h e p e r s o n a l i z e ds w a t e g y , w o r k i n gp r i n c i p l e s a n dw o r k i n gp r o c e s so fe a c ha g e n t , m i g r a t i o na n dd r i v i n go f m o b i l ea g e n t n m a i nc o n t e n t so f t h ed i s s e r t a t i o na r ca sf o l l o w s ： ( 1 ) r e s e a r c h i n gc h a r a c t e r i s t i c so fp e r s o n a l i z e dl e a r n i n g a n dp e r s o n a l i z e d l e a r n i n gs y s t e m , d e s i g np e r s o n a l i z e dl e a r n i n gs y s t e mm o d e lw i t ht h ea d v a n t a g e so f m o b i l ea g e n t ( 2 ) s t u d i n ga n da n a l y z i n gt h es y s t e ma r c h i t e c t u r e a n dw o r k i n gm e c h a n i s m , d e s i g n i n gw o r k i n gp r i n c i p l e sa n dw o r k i n gp r o c e s so f e a c ha g e n l ( 3 ) d e s c r i b i n gp e r s o n a l i z e ds t r a t e g yi np e r s o n a lc h a r a c t e r i s t i c se x t r a c t i o n ，t h e e v a l u a t i o no f l e a r n e r sa b i l i t ya n dd y n a m i co r g a n i z a t i o no f t e a c h i n gc o n t e n t s ( 4 ) d e t a i l i n gs y s t e mi m p l e m e n t a t i o n , m a j o rm o d u l e s ，k e yt e c h n o l o g i e sa n di t s i m p l e m e n tc o m b i n e dw i t ha g l e t f l a f f o r m k e y w o r d s ：a g e n t , m o b i l ea g e n t , p e r s o n a l i z e dl e a r n i n g ，p e r s o n a l i z e dl e a r n i n gs y s t e m i i 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。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部 内容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，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密回。 学位论文作者签名：孪使导师签名：弦 签字日期：2 d 班6 月1 2 b签字日期：助7 年莎月f 2 r 独创性声明 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 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。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。本人 完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：熊 日期：勾力年石月j z 日 江苏大学硕士擘位论文 1 1 课题的研究背景 第一章绪论 伴随着时代的进步和科技的发展，现代教学与传统教学，在教学环境、教 学内容、教学手段、传播形式上都有了本质的区别。学习者在社会背景、智能 背景、态度价值、情感和生理等方面均存在差异。个性化学习就是在承认学习 者在的个性差异的前提下，根据学习者的个性特征，充分发挥学习者的主动性， 在全面、自由、协调发展的基础上，以促进学生个性发展、潜能开发为目的而 实施的教学活动【l 】。 学生个性特征的提取以及个性化特征和个性化学习策略的匹配是实现个性 化学习的关键，也是个性化学习支持系统设计和实现的重点和难点。学生个性 特征提取的依据主要是学生的学习记录以及学生学习过程中的反馈信息。尽管 不同系统的个性化特征提取方法不尽相同，但在个性化特征的提取和分析过程 中不可避免的存在大量的数据分析和处理过程，在根据个性特征匹配个性策略 或规则的过程中同样面临大量的数据查询、计算，导致现有的个性化学习系统 通常存在系统负荷过重、网络传输量大、运行效率不高等问题。 移动a g e n t 技术是一种新型的分布式计算技术，它结合了分布式计算技术 和人工智能技术，具有自主性、反应性、能动性、移动性等优点。将移动a g e n t 技术应用到个性化学习支持系统中，系统可以根据不同用户的需求和特点在本 地进行个性化特征提取和个性策略或规则的匹配，提供个性化服务，提高了网 络利用率，增强了系统性能，为个性化学习系统的设计提供了一个新思路。 1 2 国内外研究现状 国外对个性化学习系统的研究开始于9 0 年代末期，经过多年的发展和教学 实践，尽管仍然有很多问题和不足，但已取得一些成果，出现了不少较为完整的 模型或系统。国内在个性化学习系统的研究上，起步较晚，但随着信息技术和网 络技术的迅猛发展，近年来发展速度较快，已经有几个比较成熟的个性化学习支 持平台，比如下文中即将提到的a - t u t o r 。 下面我们就对国内外几个典型的个性化学习系统进行简单的介绍和分析。 i i n t c r b o o k i n t e r b o o k 是由美国c a r n e g i em e l l o n 大学计算机学院p e t e rb r u s l o v s k y 主持 l 江苏大学硕士学位论文 开发的一个项目四。 i n t e r b o o k 是一个较早的简易个性化网络课程创作工具，它提供了将普通 w o r d 文件转换成个性化网络课程的方法。首先在w o r d 文档加入特定的格式， 利用输出概念和前提概念对页面进行标记和结构化处理，然后利用该系统提供 的工具将其转换成h t m l 页面，并将文档的结构化信息和标记信息转换成l i s p 结构，最后由基于l i s p 的w e b 服务器( c l - h t t p ) 进行发布。 i n t e r b o o k 的领域模型由一组抽象概念、词条( g l o s s a r y ) 和页面组成，词条是 对概念的解释。每一个页面都用概念进行索引，这些概念有不同的作用，有些 是该页面的输出概念，有些是该页面的前提概念，称为概念谱( s p e c t r u m ) 索引方 式。实质上，通过这些索引的概念，课程的页面单元之间形成了一个逻辑的前 提关系网络，并丑每个页面也和其所关联的概念解释建立起联系。 i n t e r b o o k 的用户模型是采用覆盖模型，用离散值【0 ，l 】表示对相应概念的 掌握情况。 i n t e r b o o k 在系统表现上，主要是在目录树上采用交通灯方式实现了标记导 航，并且还提供了直接导航手段，同时在系统帮助上，可以指示出当前学习内 容的自口提知识链接。 i n t e r b o o k 的缺点在于对于领域知识模型的构建过于简单，另外，缺乏练习 和测试手段来获取用户知识状态，但是该系统是一个较早的个性化学习支持系 统，对于该领域后续系统的研究带来了较大的推动作用。 2 e l m a 盯 e l m a r t 是由德国t d e t 大学心理系g e r h a r dw e b e r 主持研究的项目 3 1 。 e l m - a r t 是一个关于l i 即语言入门学习的基于w e b 的个性学习支持系统， 它是单机版e l m p e 和i n t e r b o o k 的后继研究项目，在内容组织和个性化导航方 式上类似于i n t e r b o o k 。 但e l m a r t 增加了通过练习束获得用户信息的方法，e l m a r t 系统的突 出特点之一在于练习的组织和发布策略，对于每一个页面对应一个练习组或没 有练习，根据用户的对错情况，采用递增方式呈现练习，如果做对，则递增呈 现练习，如果做错，则递减，直到用户获得了足够了分值。对于每一道练习。 用户可以查看提示信息，对于练习的结果，系统给予解释。 系统的特点之二在于系统除采取了覆盖模型记录概念的掌握情况之外，还 采用了剧本模型( e p i s o d i cl e a r n e rm o d e l ) 用于描述问题求解过程，系统以 e p i s o d i c 方式记录用户的求解过程( 程序代码) ，并将其与系统知识库系统中的 案例进行比较，通过认知诊断发现用户与系统概念树和规则的偏离。 3 a h a 2 江苏大学硕士学位论文 a h a ( a d a p t i v eh y p c 衄c d i aa r c h i t c i m 聆) 州是由荷兰e i n d h o v 科技大学计算 机系p a u ld e b m 教授主持研究的一个项目，经过多年的发展一直延续至今，系 统得到了不断改进和深入。 第一代a l i a 系统的突出特征是支持个性化内容呈现，创作时在页面中嵌入 和链标记等功能。 第二代a h a 系统采用a h a m 体系结构构建了一个通用的个性化超媒体创 作和发布系统，在a h a m 模型中，突出的特点是定义了一套形式化的 c a ( c o n d i t i o n - a c t i o n ) 规则语法用来描述系统的适应行为，通过c a 规则建立起 领域模型、用户模型和适应性动作之间的联系，c a 规则语法是系统和创作者之 间通信的工具。典型的c a 规则语法形式为： k b s ( k n o w l e d g eb a s e ds y s t e m ) 垆】系统是德国h a n l l o v c r 大学计算机系研究的 一个项目，其目标是构造一个基于i n t e r n e t 的开放的个性化学习支持系统框架。 在k b s 系统中，概念网络( 反映概念之间的依赖性) 和课程内容分离，每 一个课程单元利用概念进行索引，课程单元内容页面可以位于i n t e m e t 中的任何 位置， 系统支持基于目标的学习，系统预定义了若干学习目标( 用户也可以定义 自己的学习目标) ，针对每一个学习目标，系统自动产生一个学习概念序列，同 时，系统产生相应的项目( p r o j e c t ) 和相应的学习内容，并且利用信号灯方式和直 接导航按钮引导学生的学习顺序，用户通过解决这些项目来进行学习。 在k b s 系统，概念之间的前提关系构成了一个b a y e s i a n 网络，用户的知识 3 江苏大学硕士学位论文 状态表示为在观察到证据e 时知识单元的概率，即用户知识状态k v ( u ) 可表 示为： k v ( u ) = ( p ( k i i i e ) ，p ( k 1 2 1 e ) ，p ( k i n l e ) ) 当系统观察到用户的知识状态发生变化时，引起知识在b a y e s i a n 网络中传 播。 5 a t u t o r a - t u t o r 是华南师范大学开发的个性化学习系统，它是一个通用的个性化网 络课程创作框架和发布系统。 在a - t u t o r 系统中，系统的特点之一是其领域模型的构造更接近实际的教学 方式。a t u t o r 中的领域模型是由学习单元与概念、案例之间互相关联构成的知 识网络。学习单元作为基本的教学单元，学习单元中包含了学习提示，学习内 容，练习，案例，总结和扩展知识，学习单元之间存在着聚集关系、翦提关系 和推导关系。 系统同时支持基于任务的学习方式，任务由若干学习单元的组合而成。 在a - t u t o r 系统中，用户的知识状态表示为对于学习单元的掌握情况，关于 知识状态的度量系统综合了多种信息来源( 访问时间、测试、设置、推导) 。系 统不仅根据用户的知识状态进行适应性导航，还可以根据用户的学习风格和背 景知识适应性呈现教学内容。 系统提供了两种学习方式，目录表方式和任务方式，在目录表方式中，采 用信号灯标记和直接导航按钮支持适应性导航。在任务方式中，采用了动态学 习区的方式进行适应性导航，动态学习区是综合了链标记、链隐藏和链排序的 一种导航方式，以帮助用户集中精力，将学习范围局限于邻近的学习区域中。 虽然这些系统和项目都取得了不少的成果，有不少已经在实际教学中实施， 并取得了不错的效果，但是不可避免的仍然存在很多不足和问题，比如有的系 统个性化策略单一、智能性较差，而有的系统结构过于复杂，实现难度大或系 统效率较低。 总的来说，建设一个真正意义上的个性化的学习支持平台，仍然有很长的 路要走，还有很多问题等待我们去研究和解决。 1 3 本文的研究内容 本文针对现有的个性化学习系统存在的一些不足和问题，结合a g e n t 和移 动a g e n t 技术，对个性化学习支持系统进行研究和改进，尽可能地提高系统的 智能性和可扩充性，实现真正意义上的个性化学习。 4 江苏大学硕士学位论文 本文的研究内容和主要工作包括以下几个方面： 1 对移动a g e n t 及其相关技术进行分析和研究。 2 对个性化学习和现有的个性化学习平台进行分析和研究，提出其存在的 问题和不足。 3 构建以移动a g e n t 技术为基础的个性化学习支持系统模型，对系统的体 系结构和工作机制进行研究和分析，并对系统中各a g e n t 的工作原理和工作过 程进行分析和设计。 4 对系统个性化模块进行分析和设计，包括个性特征的提取、学生学习能 力的评估和教学内容的动态组织。 5 运用i b m 的a g l e t 平台和j a v a 语言对系统的关键技术、个性化策略进 行设计和实现。 1 4 本文结构 本文主要分为六章，其主要内容概要如下： 第一章介绍课题的研究背景和意义，阐述了目前国内外个性化学习支持系 统的研究发展现状，在分析前人研究工作的基础上，提出了本文的主要工作。 第z - l 章介绍了移动a g e n t 的概念、特点、技术优势，分析了移动a g e n t 系 统的体系结构，阐述了移动a g e n t 系统中的关键技术和存在的问题，并对现有 移动a g e n t 平台作了简要的介绍。 第三章从个性化学习的概念、关键环节等几方面对个性化学习的内容和特 点进行了细致的研究和分析。 第四章阐述了基于移动a g e n t 的个性化学习支持系统的设计，其中包括系 统的技柬优势、体系结构、工作机制、主要模块、数据组织形式，并从个性化 特征提取、学生学习能力评估、教学内容的动态组织三方面对系统的个性化模 块进 j ：了妒舰的设计。 第五章主要介绍了基于移动a g e n t 的个性化学习支持系统的实现过程。首 先简单介绍了i b m 移动a g e n t 平台a g l e t ，然后对整个系统中的各功能模块和关 键技术的实现进行了详细的分析和阐述，并对a g l e t 安全机制进行了扩展和改 进。 第六章总结全文工作，并对下一步工作进行展望。 5 江苏大学硕士学位论文 第二章移动a g e n t 技术 2 1 移动a g e n t 概述 2 1 1 移动a g e n t 的概念 移动a g e n k m o b i l ea g e n t ) 呻j 的概念是9 0 年代初由g e n e r a l m a g i e 公司在推出 商业系统t e l e s c r i p t 时提出的。移动a 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【7 1 ，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。移 动a g e n t 是一个独立的计算机程序，它可以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纠8 1 。 2 1 2 移动a g e n t 的特性 移动a g e m 技术是分布式技术与a g e m 技术【9 1 相结合的产物，它除了具有 a g e n t 最基本的特性自主性、反应性、能动性、通信性以外，还具有移动性。 移动a g e n t 主要的特性【l o l 包括： ( 1 ) 自主性：自主性是a g e n t 最基本的特性，指行动上的独立性。a g e n t 一旦被初始化以后便独立执行，无需后来的直接干预，它控制着自身的内部状 态和外部行为，也可以被授权去做出某种决定，完成一些重要的事情。 ( 2 ) 反应性：是指a g e n t 能感知和作用于其所处的环境，从而对环境的变 化做出及时的响应。这些环境可以是物理的世界、使用图形接口的用户、其他 a g e m 集合或者所有这些的组合。 ( 3 ) 能动性i 为了达到目标，a g e m 不是等着接收指令，而是事先有计划， 并做一些初始化。a g e n t 能探测到适合用户目标的有利场景，通知用户这个场景 出现的时机。也就是说，a g e m 不仅能对所处环境作出响应，还能主动地展现面 向目标的行为。 ( 4 ) 通信性：通信性是指a g e n t 之间的交互。a g e n t 之间的接口和联系不是 固定不变的，而是随着任务驱动者的改变丽改变。为了协作完成一件复杂的任 务，一些a g e n t 可以形成a g e n t 群，a g e n t 之间的接口可以在运行中协商，这样 就减少了a g e n t 之间的耦合性，意味着a g e n t 可以以最小的代价和较，j 、的冲突 6 江苏大学硕士学位论文 加入系统或从系统中删除。 ( 5 ) 移动性：移动性是移动a g e n t 最重要的特性之一，它是指a g e n t 可以 在一个网络上随时、随地、自主的从一台主机迁移到另一台。j f 在运行中的a g e n t 状态可以被存储且传送到新主机上，在那里a g e n t 程序被恢复且继续从暂停的 地方开始执行。a g e n t 将代码和数据封装在执行的一个线程中，每个a g e n t 独立 于其他a g e n t 。 2 1 3 移动a g e n t 的技术优势 移动a g e n t 的上述特性使得移动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技术优势l l 。 ( 1 ) 节约网络带宽、克服网络延迟 移动a g e n t 的本质是将计算移动到数据端，直接在数据端进行本地处理， 只返回最终结果，从而避免了大量中间数据在网络中的传输。移动a g e n t 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造成的网络延迟。因此在处理数据量大、网络传输频 繁、带宽不足的情况下，使用移动a g e n t 技术可以有效地节省网络负载。 ( 2 ) 封装网络协议 任何网络程序都是建立在特定的协议之上，网络程序的开发要求程序设计 者深刻的理解低层的网络协议；随着i n t e r n e t 的发展，新的协议和数据格式不断 的产生，随着网络协议的升级，程序需要重新编写、编译，这些都给网络应用 的开发和维护带来困难。移动a g e n t 系统是一种中间件，位于操作系统和应用 程序之间，封装了低层网络协议，提供移动、通信、容错、安全等基本功能， 开发人员无需了解低层实现即可开发网络应用。当网络协议升级时，只需修改 移动a g e n t 系统中相关的功能实现而无须修改移动a g e n t 应用程序。 ( 3 ) 支持异步自主执行 传统分布式系统中异步通信机制( 如异步消息队列) 可以异步地处理多个 请求，但要求提出请求的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。使用移动a g e n t 技术，用户可以将整个任务而不是单 个请求提交给多个a g e n t 去执行。用户派出a g e n t 之后，可以断歼网络连接， 而被发送到网络上的a g e n t 可以独立于发送它们的程序，异步、自主、协作地 完成任务，它们的生命周期可以长于创建它们的程序。当a g e n t 完成任务之后， 通过转接机f l i l j ( d o c k i n g ) 监视用户是否在线，当它发现用户在线时，就返回计算 结果。 ( 4 ) 支持平台无关性 7 江苏大学硕士学位论文 网络环境( 尤其是i n t e m e t ) 无论从硬件或软件的角度讲都是异构的，要求 网络应用程序具有跨平台、可移植的特性。移动a g e n t 的运行只与其运行环境 有关，与具体的网络结构、网络协议、计算机设备、操作系统无关，只要网络 节点上装有移动a g e n t 运行环境，移动a g e n t 就可以实现跨平台的移动和运行。 如果所有的移动a g e n t 系统都遵循移动a g e n t 系统的互操作标准，就可以实现 移动a g e n t 在任意移动系统中的移动、交互、通信，真正实现平台的无关性， 即所谓的“一次编译，到处移动”。 ( 5 ) 易于分发服务 在采用移动a g e n t 技术的分布式应用中，服务的更改变得非常简单，如在 电信网的管理中，当业务需要改变时，只需把新的服务程序发送到相应的服务 节点上，不需人力逐个节点地安装。 ( 6 ) 提供实时的远程交互 在一些远程控制系统中，如外太空探测器的控制，网络的时延使得远程实 时控制变得不太可能，发送a g e n t 程序实行远端的本地控制可解决该问题。 ( 7 ) 具有动态适应性 移动a g e n t 与其运行环境进行交互，感知环境的变化，并自主、快速地做 出反应，使整个系统始终保持在最优状态。 ( 8 ) 增强应用的鲁棒性和容错能力 一方面，移动a g e n t 支持离线计算，大大降低了网络应用对网络连接可靠 性的要求。同时，移动a g e n t 的反应性又使其能及时地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。例如，在一个网络节点失效之前，在其上工作的移动a g e n t 可以立即感知， 并完成相应的备份工作，然后移动到其他节点，继续原来的工作。 尽管上述的优点并不是移动a g e n t 技术所特有的，用传统的方法也可以实 现，但移动a g e n t 技术提供了一个能满足全部要求的体系框架。 2 2 移动a g e n t 系统的体系结构 不同移动a g e n t 系统【l2 l 的体系结构各不相同，但几乎所有的移动a g e n t 系 统都包括两部分：a g e n t ( 包括静态和移动) 和移动a g e n t 服务器( 或称为移动 a g e n t 主机、移动a g e n t 服务设施等) 。移动a g e n t i 匪务器基于传输协议a t p ( a g e n t t r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 实现了a g e n t 在服务器间的转移，并为其分配执行环境和服务 接口；a g e n t 在移动a g e n t 服务器中执行，通过a g e n t 通信语占a c “a g e n t c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 或前面提到的s a c l 通信语言相互通信并访问移动 8 江苏大学硕士学位论文 a g e n t 服务器提供的服务，如图2 - 1 所示。 移动a g e n t 服务器 移动a g e n t j m 务器 服务与接口 i a t p i i 村患b b k n 17 l 4 ” ff 帆ff 遣澈与遣湫刍 2 2 1 移动a g e n t 服务器 图2 - l 移动a g e n t 系统结构图 移动a g e n t 服务器是移动a g e n t 赖以生存的服务环境，它为每个移动a g e n t 建立运行环境，实现a g e n t 执行状态的建立和运行；利用a g e n t 传输协议实现 了a g e n t 在网络中的移动；向a g e n t 提供了基本服务接口，如事件服务( e v e n t s e r v i c e ) 、黄页服务( y e l l o wp a g es e r v i c e ) 、事务服务( t r a n s a c t i o ns e r v i c e ) 和域名 服务( d n s ) 等。移动a g e n t 服务器一般由五个逻辑层组成，如图2 2 所示。 图2 - 2 移动a g e n t 服务器的结构模型 ( 1 ) 网络传输层。与现有网络通信协议的接口，移动a g e n t 服务器通过网 络传输协议同所在主机的资源或其他主机上的a g e n t 服务器进行通信；a g e n t 的传递和接收也是在网络传输层完成的。 ( 2 ) 服务层。为a g e n t 建立运行环境和安全保护机制，协调和监视各a g e n t 的运行。 ( 3 ) 接口层。为a g e n t 同宿主机以及其他a g e n t 之自j 的通信提供了底层的 界面。 ( 4 ) 语言解释层。移动a g e n t 一般都是由跨平台语言( 如j a v a 、t e l e s c r i p t 等) 实现的，a g e n t 服务器接收到一个新a g e n t 后，建立相应的a g e n t 语言解释 器，a g e n t 在解释器的支撑下工作。在a g e n t 服务器中可以存在多个语苦解释器， 用以解释由不同语言实现的a g e n t 。 9 江苏大学硕士学位论文 ( 5 ) a g e n t 应用层。在以上各层的支持下完成各自的任务。这一层可以包 含多个a g e n t ，既可以有其他a g e n t 服务器传送过来的动态a g e n t ，也可以有 a g e n t 服务器本身的静态服务a g e n t 。 2 2 2 服务a g e n t 和移动a g e n t 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 ) 和服务a g e n t ( 也称系统a g e n t 或静态a g e n t ) 。 ( 1 ) 移动a g e n t 移动a g e n t 的主要作用是完成用户指定的任务，它在移动a g e n t 服务器所 提供的运行环境中执行，并且可以从一个a g e n t 服务器移动到另一个a g e n t 服 务器。移动a g e n t 通过a g e n t 通信语言( a c l ) 与其他a g e n t 通信或访问a g e n t 服 务器提供的服务。它需要实现移动语义( 即目标主机或路由的选择) 、安全控制 ( 保护自身) 、与外界( 移动a g e n t 服务器以及其他a g e n t ) 的通信等功能。 ( 2 ) 服务a 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a g e m 或来访的a g e n t 提供服务。通常，一个a g e n t 服务器上可以驻有多个服务a g e m ，分别提供不同 的服务，如文件服务、黄页服务等系统级服务，订票服务、数据库服务等应用 级服务。由于服务a g e n t 是不移动的，并且只能由它所在a g e n t 服务器的管理 员启动和管理，所以可以保证服务a g e n t 不会是恶意的。来访的移动a g e n t 不 能直接访问系统资源，只能通过服务a g e n t 提供的接口访问受控制的、安全的 服务，这样可以避免恶意的a g e n t 对服务器的攻击，保证了移动a g e n t 系统的 安全性。 2 3 移动m e n t 关键技术“硼 1 移动a g e n t 理论模型 目前，移动a g e n t 一般基于b d i 系统【l4 1 。b d i 系统也称为意识系统。这里 的意识包括：信念、愿望、意图、目标、承诺、责任等。b r a t m a n 最早提出用信 念( b e l i e f ) 、愿望( d e s i r e ) 、意图( i n t e n t i o n ) 来表示a g e n t 。他从认知的角度柬描述 信念，认为信念是a g e n t 对当前世界状况以及为达到某种效果所可能采取的行 为路线的估计；从情感的角度来描述愿望，认为愿望是描述a g e n t 对未来世界 状态以及对所可能采取的行为路线的喜好：从意动方面来描述意图，认为目标 是愿望的子集，但没有采取具体行动的承诺，如果某一或一些目标得到了承诺， 这些目标就是意图：这也是最初的b d i 模型。对b d i 模型做出最大贡献的当 1 0 江苏大学硕士学位论文 首推澳大利亚的r a o 和g e o r g e f f , 他们提出了一系列用来描述a g e n t 意识的 b d i 逻辑，分别用3 个模态算子来刻画信念、愿望和意图。b d i 模型如图2 - 3 所示： 图2 - 3 b d i 模型 2 通信机制 移动a g e n t 系统可采用的通信手段很多，有消息传递、r p c 、r m i 、匿名 通信和a g e n t 通信语言等。根据通信对象的不同，移动a g e n t 的通信方式可分 为以下几种。 ( 1 ) 移动a g e m 与移动a g e n t 环境之间的通信：移动a g e n t 环境提供服务， 移动a g e n t 请求服务，是一种典型的客户机服务器模式。该类通信方式可采用 类似r p c 、i l m i 的通信机制。 ( 2 ) 移动a g e n t 与移动a g e n t 之间的通信：这是对等( p e e r - t o - p e e r ) 通信方 式，通信双方的地位是平等的。为了完成特定的任务，如协作求解，移动a g e n t 系统必须提供同步和异步通信机制。 ( 3 ) 移动a g e n t 与用户之间的通信：这类通信属于智能入机接口领域。根 据通信发生的地点，可以把通信分为本地通信( 又称节点内通信，主机内通信， i n t e r - p l a c ec o m m u n i c a t i o n ) 和远程通信( 又称节点间通信，网络通信，i n t r a - p l a c e c o m m u m c a t i o n ) 。通常一个主机内不同m a e 之间的通信被看作远程通信。 3 a g e n t 通信语言a c l a c l 基于“语言一行为”理论( s p e e c ha c t ) ，定义了a g e n t 及服务设施间协商 过程的语法和语义。移动a g e n t 的a c l 应具有应用的普遍性、简捷一致的语法 和语义、通信内容的独立性等。目酊常用的a c l 有k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n d m a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ) k q m l ( k n o w l e d g eq u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ) 是一种用于信息和知 识交换的语言和协议。k q m l 是a r p a 的k s e ( k n o w l e d g es h a r i n ge f f o r t ) 联盟工 作的一项成果。k q m l 既是一种a g e n t 之间的消息的表示格式，也是一种消息 江苏大学硕士学位论文 处理协议，它支持a g e n t 之间的运行时( r u n - t i m e ) 知识共享。 k q m l 的核心为一组可扩展的行为原语( p e r f o r m a t i v e ) ，它们定义了可作用 于a g e n t 彼此的知识库和目标库( k q m l 支持基于b d i 的a g e n t 模型) 的各种 许可的操作。基于k q m l 的行为原语，可建立a g e n t 之间交流的更高层的模型。 此外，k q m l 还提供了一种进行知识共享的体系结构：通过一类被称为交流设 施的a g e n t 来协调其它a g e n t 之间的交互。 在概念上，k q m l 是一种层次结构型语言。可以将k q m l 语言分为三层： 内容层、通信层和消息层。如图2 4 所示。 图2 - 4k q m l 语青的三层结构 内容层( c o n t e n t l a y e r ) ：是消息所包含的真正的内容，用程序自己的表示语 言( r e p r e s e n t a t i o nl a n g u a g e ) 来表示。k q m l 可以采用任何形式的表示语言，以 a s c i i 字符串或二进制形式都可以。值得指出的是，所有k q m l 语言的具体实 现都不关心消息中的内容部分的具体含义。 通信层( c o m m u n i c a t i o nl a y e r ) ：通信层描述了与通信双方有关的一组属性参 数，例如发送方和接受方的身份，与此次通信相关的惟一的标识等。 消息层( m e s s a g el a y e r ) ：消息层构成了k q m l 语占的核心。它确定了可以 与a g e n t ( 使用k q m l 语言的) 进行交流的类型。消息层的基本功能是确定传 送消息所使用的协议，并由发送方提供一个与内涵相关的行为原语，用于指明 消息中的内涵为确认、询问、命令或是其他已知的原语类型。因为内涵对于 k q m l 是透明的，所以在消息层也包含对内涵进行描述的可选参数。这些属性 参数可以让k q m l 语言的具体实现在内涵是透明的情况下，仍能够正确地分析 和传送消息。 因此，一条k q m l 消息由三部分构成：一个行为原语( p e f f o r m a t i v e ) 、内容 表达式、一套消息描述参数。k q m l 的句法基于数据结构“表”的形式，即有一 对圆括号括起的元素列表，表中首行为行为原语( p e f f o r m a t i v e ) ，其后为关键字 值对形式出现的成对的语义动作参数。k q m l 消息表示形式如下： ( p e r f o r m a t i v e 关键字，值对l 参数 关键字值对2 参数 1 2 江苏大学硕士学位论文 关键字值对3 参数 ： ： ) k q m l 为移动a g e n t 之间的通信提供了消息语法和语义的标准定义，确保 移动a g e n t 之问安全、可靠地进行通信，支持一对一、一对多或广播通信。k q m l 还支持同步，异步的互操作和阻塞非阻塞的消息传递机制。除此之外，k q m l 可 使用任何通信协议作为自己的通信机制，如h t t p 、t c p i p 等。利用k q m l 可 满足移动a g e n t 问通信的绝大部分需要。 4 路由规划 移动a g e n t 在网络中迁移时的迁移路线即路由选择策略 1 5 - 1 6 1 通常有三种： 固定路由、可变路由和动态路由。固定路由是指在移动a g e n t 离开其诞生主机 之前，诞生主机就已经将移动a g e n t 的迁移路线固定下来，移动a g e n t 在其生 命周期中严格地按照这一路线进行移动。可变路由则是指移动a g e n t 总体上按 照其诞生主机预先规定好的路由计划进行迁移，但也可根据当