（计算机应用技术专业论文）基于移动agent的监控系统体系结构研究与设计.pdf

沈阳理工大学硕士学位论文 摘要 随着信息技术及网络技术在军事电子信息系统中的应用，军事电子信息系统 运行效率不断提高，但同时也增加了系统整体的复杂度，系统构成也将越来越复 杂。为了保证系统能够连续可靠、无故障的运行，发挥其应有的效能，就必须建 立一套与之相对应的监控系统对其进行有效的监视和控制。 传统的集中式监控只存在一个中心节点对系统进行监控和诊断，一旦该节点 出现故障，将导致整个系统功能的失效，因而不适应军事电子信息系统的发展需 求，而分布式监控把对系统的监控和设备故障的诊断等功能分散在多个节点进行， 实现了资源共享、分散监控，解决了集中式监控的瓶颈。因此，有必要对分布式 监控系统的体系结构进行研究与设计，使其更好的对军事电子信息系统进行监控， 以保障电子信息系统的正常运行。 本研究以军事电子信息系统为背景，通过对军事电子信息系统的需求分析， 对军事电子信息系统监控相关技术的深入研究，提出了基于移动a g e n t 的多层分 布式监控系统体系结构，该结构采用移动代理技术缩短了网络延迟，提高了故障 诊断效率，并且多层特点使得系统易于管理和易于扩展。同时为了在实施有效的 分布式系统监控的情况下，对所监控的资源进行有效的管理，本文提出了以域为 基本逻辑单位，对分布式监控系统进行管理。该管理模式将大规模分散的节点划 分成小区域的组织结构，便于系统管理。在此基础上，本文对体系结构的组织模 型、功能模型、信息模型和通信模型进行了研究与设计。 通过理论分析与实验验证，验证了该体系结构的j 下确性和可行性。 关键词：军事电子信息系统；监控系统体系结构；域；移动a g e n t 沈阳理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i mt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n di n t e r n e tt e c h n o l o g yb e i n ga p p l i e dt ot h e m i l i t a r ye l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h eo p e r a t i n ge f f i c i e n c yo fm i l i t a r ye l e c t r o n i c i n f o r m a t i o ns y s t e mi sa d v a n c e d a tt h es a m et i m ei ti sa l s oi n c r e a s i n gt h ec o m p l e x i t yo f w h o l es y s t e m t h es t r u c t u r eo fs y s t e mb e c o m e sm o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d i no r d e rt o a s s u r er e l i a b i l i t ya n ds y s t e me f f i c i e n c y , t h em o n i t o r i n gs y s t e mm u s tb ef o u n d e d t h e m o n i t o r i n gs y s t e m m u s ts c o u ta n dc o n t r o lm i l i t a r ye l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ns y s t e m e f f e c t i v e l y t h ec o n v e n t i o n a lc e n t r a l i z e dm o n i t o r i n gs y s t e mo n l yh a v eo n ec e n t r a ln o d ew h i c h m o n i t o r sa n dd i a g n o s e ss y s t e m ，w h e nt h en o d ea p p e a r sd e f a u l t ，t h ew h o l es y s t e m f u n c t i o nw i l ld e f a u l t ，s ot h i ss y s t e md o n ta d a p tt h ed e m a n do fd e v e l o p m e n tf o rt h e m i l i t a r ye l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ns y s t e m b u tt h ed i s t r i b u t e dm o n i t o r i n gs y s t e md i s p e r s e s t h es y s t e mp e r f o r m a n c em o n i t o r i n ga n de q u i p m e n tf a i l u r ed i a g n o s i n gi no t h e rn o d e s i t r e a l i z e st h er e s o u r c e s h a r i n g a n dd i s p e r s a lm o n i t o r i n gs o l v et h eb o t t l e n e c ko f c e n t r a l i z e dm o n i t o r i n gs y s t e m s oi ti sn e c e s s a r yt h a tw er e s e a r c ha n dd e s i g nt h e a r c h i t e c t u r eo fd i s t r i b u t e dm o n i t o r i n gs y s t e mw h i c hc a ne n s u r et h a tm i l i t a r ye l e c t r o n i c i n f o r m a t i o ns y s t e mc a l lr u nn o r m a l l y t h er e s e a r c hi si nt h eb a c k g r o u n do ft h em i l i t a r ye l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ns y s t e m a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n t sa n a l y s i so ft h em i l i t a r ye l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ns y s t e m a n di n t e n s i v er e s e a r c ho fm o n i t o r i n gt e c h n o l o g y , am u l t i l a y e rd i s t r i b u t e dm o n i t o r i n g s y s t e 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 ，w h i c hc u t st h ed e l a yo ft r a n s m i s s i o na n d i m p r o v e st h ee f f f i c i e n c yo ff a u l td i a g n o s i s ，i sp u tf o r w a r d i tm a k e st h es y s t e me a s i l y m a n a g e da n dm o r ee x t e n s i b l e m e a n w h i l e ，i no r d e rt oe f f i c i e n t l ym a n a g i n ga l l t h e r e s o u r c e si nt h ee n v i r o n m e n to fd i s t r i b u t e dm o n i t o r i n gs y s t e m ，am e t h o dw i t ht h eb a s i c l o g i cu n i tc a l l e d ”r e g i o n ”i si n t r o d u c e d l a r g es c a l e so fn o d e si nt h em a n a g e m e n t m o d e la r eo r g a n i z e di ne a c hs m a l ld o m a i ni no r d e rt ob e i n gm a n a g e de a s i l y f r o mt h i s p o i n t ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e da n dd e s i g n e dt h ea r c h i t e c t u r eo fo r g a n i z a t i o nm o d e l ， f u n c t i o nm o d e l i n f o r m a t i o nm o d e la n dc o m m u n i c a t i o nm o d e l 沈阳理1 ：人学硕十学何论文 t h o u g ht h et h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t ，t h i sa r c h i t e c t u r e i s c o r r e c ta n df e a s i b l e k e y w o r d ：m i l i t a r ye l e c t r o n i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ；t h em o n i t o r i n gs y s t e ma r c h i t e c t u r e ； r e g i o n ；m o b i l ea g e n t 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者 本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。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 声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ：訇白 日期 ：岬铂月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将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、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 产嫦槛勰为铲燧毳鳓 日 飙渤7 7 日 期。坤 第1 章绪论 1 1 课题背景和意义 第1 章绪论 在信息高度发达的今天，军事电子信息系统的规模日趋大型化和复杂化，这 就有必要用一个高效的监控系统对其进行实时监控，使其发生故障时得到及时地 发现和处理。军事电子信息系统是由各类传感器设备、通信网络设备、计算处理 设备、显示控制设备、支持保障设备以及运行在各种硬件设备上的软件( 应用) 共同组成的电子系统工程“。为了保证这类系统能够连续可靠、无故障的运行并发 挥其应有的效能，就必须实时监测系统的运行状况并对其实施有效的控制。而传 统的集中式监控只存在一个中心节点对系统进行监控和诊断，一旦该节点出现故 障，将导致整个系统功能的失效，因而不适应军事电子信息系统的发展需求。而 分布式监控把对系统的监控和设备的故障诊断等功能分散在多个节点进行，实现 了资源共享、分散监控，解决了集中式监控的瓶颈。因此，有必要对分布式监控 系统的体系结构进行研究与设计，使其更好地适应军事电子信息系统，保障军事 电子信息系统的正常运行。 本研究由总装备部“十一五”预研项目“先进系统监控技术研究”资助。本 文以军事电子信息系统为背景，通过对军事电子信息系统的需求分析和对监控系 统体系结构的深入研究，将移动代理技术引入监控系统中，提出了基于移动a g e n t 的多层分布式监控系统结构，并以“域”为单位对监控区域进行管理。通过理论 分析及实验证明，基于移动a g e n t 的多层分布式监控系统结构性能更高，更能准 确和及时地反应被监控系统的状态变化。 1 2 国内外研究现状 随着网络的复杂化和异构化，监控系统从集中式监控发展成分布式监控。在 集中式监控中，主要是远程监控的发展，各个生产商都推出了各自的远程监控系 统，面向能源、交通、计算机、国防、工业、教育等各个领域，比如针对工业制 造过程的远程监控，维护人员不必亲临现场即可进行系统维护。面向计算机资源 沈阳理工大学硕士学位论文 领域的远程监控系统己经有成熟商品出现，由s y m a n t e c 推出的p c a n y w h e r e 软件 可以方便地连接p c 机，进行文件检索或运行程序，并且在文件传输期间启用其公 司的n o r t o n 防毒技术进行病毒扫描。而基于b s 模式的r e m o t e l y a n y w h e r e 软件， 采用j a v a 技术，实现跨平台的资源访问，用户可以通过浏览器访问远程资源而无 需装载客户端。可以看到现在已经有许多的远程监控软件推出并实现了商业化， 丰富的功能与扩展使用户可以方便地对远程资源进行访问”1 。但这种单一节点管 理的集中式监控并不适合军事电子信息系统。 在分布式监控中，主要是对网络的监控，出现了基于对象的分布式监控、基 于w e b 的分布式监控、基于代理的分布式监控等等。在基于对象的监控系统中有 o l d g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 的c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ) 和m i c r o s o f t 的d c o m “等。在基于w e b 的分布式监控中，各大组织 和公司都相继提出了w e b 的解决方案。其中主要有由d m t f ( d i s t r i b u t e d m a n a g e m e n tt a s kf o r c e ，分布式管理任务组) 提出的基于w e b 的企业管理( w b e m ) 和由s u n 公司提出的基于j a v a 标准扩展a p i 结构的一部分j m a p i 。但是这两者的 分布式特性都是基于各自平台技术，例如w b e m 采用m i c r o s o f t 的分布式组件对象 模型( d c o m ) 的跨平台性不高，而j b l a p i 采用s u n 的远程方法调用( r m i ) ，不提供对 非j a v a 环境的支持。故而在与原有的传统网管系统相兼容方面有一定的难度，造 成了移植和扩展的困难”w 。 在代理的发展过程中，从2 0 世纪9 0 年代以来，代理技术的出现是计算机科 学领域中发生的令人激动、最重要的事之一。科技界普遍认为该技术将在2 1 世纪 的复杂分布式系统、网络信息系统等方面扮演非常重要的角色。从单个代理到多 代理技术，再到移动代理技术，代理的优越性越来越明显，适用的领域也越来越 广泛。 目前，多代理系统( m u l t i a g e n ts y s t e m 姒s ) 的研究已成为计算机科学和 人工智能的研究热点，以美国为首的发达国家多次召开国际会议专门研究姒s 体 系结构、代理间通信机理、m a s 在分布式系统中的应用等问题。m a s 技术研究在国 外己得到迅猛发展。美国、日本开展研究较早，已开发出基于m a s 的企业生产决 策系统、大规模知识库系统、网络的设计维护等应用系统。在我国，m a s 的研究已 在各高校及研究机构开展，清华大学、国防科大、东北大学、哈尔滨工业大学等 第1 章绪论 高校对姒s 的研究有一定的成效。 而移动代理的研究主要与它的可移动性相关，有很多研究热点。包括网络通 讯、移动代码安全、活动路由等，当前研究仍处于探索阶段，主要侧重于理论研 究和移动代理平台设计，距离实际应用还有一段距离，这是目前国际上的研究情 况。移动代理标准化组织及其规范，目前推动移动代理标准化工作的最有影响力 国际组织为o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 下属的a g e n tw o r k i n gg r o u p 4 1 和 f i p a ”1 ，还有其他一些相关组织，如a g e n ts o c i e t y 、c l i m a t e 、d a r p a 、a g e n tl i n k 等也在积极进行研究。 目前国内技术界大多从人工智能的角度来研究代理，很难实用化，刘锦德教 授、张云勇博士从开放系统、分布处理的角度对其进行深入研究，为移动代理的 实用化作了一些有益的探索，提出了一个基于移动代理的开放系统体系结构。南 京大学计算机软件新技术国家重点实验室为移动代理技术的发展进行了许多卓有 成效的工作，其自主设计的m o g e n t1 0 ，是一个使用j a v a 语言开发的基于i n t e r n e t 的移动代理系统。 随着监控手段的发展和i n t e r n e t 及万维网技术的普及和完善，以及军事电子 信息系统的重要位置使该系统日趋复杂化和多样化，并且呈现出功能和地域的分 布特点，这对分布式监控系统提出了更高的要求。由于多代理技术强调相互独立 又相互联系的代理在分布式环境下的协调和合作，大大提高了整个系统的性能， 而移动代理技术具有克服网络延迟、降低网络负载、异步和自主运行等特点。因 此，本系统采用多代理与移动代理相结合的方式对分布式监控系统体系结构的建 模。 1 3 论文结构 论文共分为五章，整体结构和章节安排如下： 第一章概述了当前电子信息监控系统的国内外发展现状。指出了进行分布式 监控系统体系结构的必要性和重要意义。 第二章是对军事电子信息系统监控技术的研究。介绍了军事电子信息系统监 控技术的概念和特性，并对其相关技术进行了分析。 第三章是对基于移动代理技术的监控体系结构研究。介绍了移动代理的相关 1 沈阳理工大学硕士学位论文 技术。主要是对移动代理的优点、体系结构和安全性进行了研究。 第四章是基于移动代理的监控体系结构设计。主要从组织模型、功能模型、 信息模型和通信模型四方面子模型进行设计，并对其相关技术进行了分析。 第五章是系统实现与性能分析。主要描述了系统的开发语言、开发平台、开 发环境和系统的性能分析，通过对移动代理的仿真试验说明该系统的可行性。 最后对全文进行了总结，并对下一步的工作重点进行了展望。 另外在本文末尾列出了本文的主要参考文献和作者在攻读硕士期间所取得的 研究成果。 第2 章军事电子信息系统监控技术研究 第2 章军事电子信息系统监控技术研究 军事电子信息系统监控的主要功能是采集、处理、存储电子信息系统中的各 类设备( 包括计算机和其他设备) 、链路和工作环境( 包括温度、湿度、供电、火 警等) 的状态信息，并能在本地及远程的监控设备上及时显示。在系统正常时监 控系统实时状态显示、统计、配置、测试等功能；当系统出现故障、过载、以及 受到攻击时，可实现各种报警、差错检测和恢复功能。总的来说对军事电子信息 系统进行监控的目的就是提高军事电子信息系统的运行效率及可靠性。 军事电子信息系统监控从不同角度看有不同的分类。从监控对象角度，系统 监控主要完成对软件( 包括系统软件和应用软件) 、系统( 即由各个部件组成的整 体) 、设备( 包括网络设备、通信设备、主机、各种平台) 、组件( 包括各种传感 器、接口、板卡、端口等) 的监控。从监控管理角度看，系统监控的任务和功能 主要包括配置监控( 包括拓扑监控) 、安全监控、故障监控、性能监控、计费监控、 资源监控、任务监控等多个方面。但这些监控不是每个监控系统都需要，可根据 实际情况进行调整。 2 2 军事电子信息系统监控的特性 军事电子信息系统监控的目的是保证系统能安全有效的运行，因此，系统监 控具有以下的特性： ( 1 ) 实时性 实时性是指军事电子信息系统监控必须能及时地、准确地反映系统状态，保 证系统在发生问题时能实时的反映给系统监控人员。 ( 2 ) 高效性 高效性是指军事电子信息系统监控在发现问题时，能及时发现问题原因并能 根据需要给出相应的解决方案，保证系统能快速的恢复，减少系统故障带来的损 失。 ( 3 ) 可操作性 可操作性是指军事电子信息系统监控的监控对象、监控方法、监控策略根据 沈阳理工大学硕士学位论文 系统要求及运行环境特性进行实现。 ( 4 ) 健壮性 健壮性即可靠性，是指军事电子信息系统监控本身在部分失效或系统设备部 分失效时，仍能完成部分或全部监控功能。 ( 5 ) 安全性 安全性对军事电子信息系统来说特别重要，一般是指系统监控要求具有一定 的安全保护，包含三个方面：身份验证：能够可靠地确定接收到的数据与发送的 数据一致，并且确保发送该数据的实体与其所宣称的身份一致。完整性：能够可 靠地确定数据在从源到目的地传送的过程中没有被修改。机密性：确保数据只能 为预期的接收者使用或读出，而不能为其他任何实体使用或读出。 ( 6 ) 完备性 完备性包含两个方面，一方面从功能角度上看，军事电子信息系统监控要求 能完成所有定义的监控功能，另一方面从监控对象角度上看，军事电子信息系统 监控要覆盖所有可监控对象。 2 2 军事电子信息系统监控体系结构分析 2 3 1 集中式监控 当前监控系统主要分为集中式监控和分布式监控两类。集中式监控通过收集 被监控资源的所有信息完成对系统的性能监控和故障诊断，具有部署简单，容易 控制的特点，而军事电子信息系统是一个易损系统，集中式监控很容易造成系统 的瓶颈问题，因为集中式监控。需要把所有数据汇聚到一个节点进行处理，一旦 该节点出现故障，将导致整个系统功能的失效。其结构模型如图2 1 所示。 第2 章军事电子信息系统监控技术研究 圈2 i 集中式监控 集中式监控主要分为远程监控和现场诊断。 ( 1 ) 远程监控 在远程监控模式中，当设备出现故障时，对现场传感器、检测设备输出的故 障数据经过预处理和特征值提取，经由本地站点故障诊断服务器进行诊断，得出 故障诊断结论并给出修复建议，同时将诊断结果信息上传给故障诊断中心服务器 并显示“。如果本地站点诊断服务器对故障无法确诊，则向故障诊断中心服务器上 传经过预处理的数据，利用故障诊断中心的故障诊断系统进行诊断，并将诊断结 果信息和修复建议发回该站点服务器。并且，当中心故障诊断服务器向站点故障 诊断服务器发出诊断命令时，站点故障诊断服务器应立即执行命令，并上传诊断 结果信息。其体系结构如图2 2 所示。 远程监控虽然具有全面的监控功能支持、先进的资源集成能力、较强的自我 完善功能，但是对要求需要具有高效率和实时性的现代军事电子信息系统来说， 远程监控显得力不从心。 沈阳理工大学硕士学位论文 图2 2 远程监控 ( 2 ) 现场监控 现场诊断对设备的状态检测和故障诊断仅局限于“点一到一点”的诊断模式， 即对每一台设备有一个监测系统来控制。它是一个封闭的系统，信息只在系统内 交流和处理，工作效率低下，浪费大量的资源。 2 3 2 分布式监控 分布式监控针对设备的功能分布和地域分布的特点，把对系统性能的监控和 设备的故障诊断等功能分散在多个节点进行，实现了资源共享、分散监控，减少 了网络带宽的使用，提高了系统的工作效率，解决了集中式监控的瓶颈。这些分 布式模式包括：基于c o r b a 的分布式监控、基于w e b 的监控方式以及基于代理的 监控方式等。 ( 1 ) 基于c o r b a 的分布式监控 c o r b a ( c o 唧o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ) 一公共对象代理体 系结构，是由对象管理组织o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 定义的一个分布式 对象间相互作用的中间件规范，采用面向对象技术，为在异构环境中实现对象之 间的互操作提供了支持m ，。c o r b a 规范是一种开放的、分布式对象体系结构，是异 类计算机环境实现互操作的标准。c o r b a 系统的一般结构如图2 3 所示。 第2 章军事电子信息系统监控技术研究 客户机器服务器机器 图2 3c o r b a 系统的一般结构 c o r b a 系统的主要特征是对象请求代理o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 以“软 件总线”的角色，在分布对象节点上的对象之间透明地传递信息。使用接口定义 语言i d l 说明对象的属性和操作，隐藏了实现细节。动态调用机制( d i i ) 允许客 户在运行时生成调用请求，通过动态调用接口访问预先不知接口的对象。可移植 对象适配器( p o r t a b l eo b j e c ta d a p t e r ，p o a ) 负责把服务器端代码以c o r b a 对象 的形式呈现给客户的组件。c o r b a 以其特有的跨越多种异构平台等特性，改变了开 发和运行系统应用程序的方式r 。基于c o r b a 的监控充分利用了c o r b a 互操作机制， 主要是在o s i 和i n t e r n e t 体系结构之间做桥梁并包装、集成监控系统。 c o r b a 虽然具有广泛的平台支持、强壮的编程语言支持、支持本地远程透明 调用、支持静态和动态两种调用方法、强壮的安全性能、可靠的o r b 性能支持多线 程服务等诸多优点。但c o r b a 也存在不足，例如：大量的命令集，难于掌握；缺乏 配套的开发工具；c o r b a 规范的复合性方面也存在不少问题。 ( 2 ) 基于w e b 的监控方式 目前，有两个主要的基于w e b 的网络管理模式( w b m ，w e bb a s e dm a n a g e m e n t ) 标准正在制定当中。一个是基于w e b 的企业监控( e m ：w e bb a s e de n t e r p r i s e m a n a g e m e n t ) 标准，w b e m 建议采用面向对象的方式，抽象出各种监控数据对象，通 过多种协议( s n m p 、c m i p 等) 从多种系统资源( 如设备、系统、应用程序等) 中 收集并监控，是当前网管标准协议的兼容和扩展m ，。另一个w b m 标准是由s u n 公司 作为它的j a v a 标准扩展类而提出的j a v a 监控应用程序接口j h t a p i 。其扩展j m a p i 为异构网络系统和服务的无缝监控而提供了组丰富的扩展对象及方法，使得使 用一种语言来开发异构环境的系统监控软件成为可能，并可缩短开发系统的周期。 沈阳理工大学硕士学位论文 j m a p i 注重解决分布式系统的监控问题，因此其结构能扩充至很多不同的环境中。 基于w e b 的系统监控，可以不受操作平台的限制在任何一台与之相连的w e b 浏览器上就能浏览到系统监控软件所提供的性能。当系统节点( n o d e ) 或链路( 1i n k ) 失效或发生故障时，系统监控系统能够自动地向系统监控员发e - m a i l 或打电话等。 系统监控人员可以不在现场，在任何地点的任何一台与之相连的w e b 浏览器上就 能够对它所监控的系统进行监控。因此，网管系统一般采用b r o w s e r w e b s e r v e r 三层结构。 尽管在这种结构中，系统监控者可以不受地域的限制，进行远程的系统监控 分布式监控，但同样具有基于c o r b a 分布式系统监控的局限性。 ( 3 ) 基于代理的监控方式 基于代理的系统最基本的特点是用代理的概念来抽象地描述特定的系统，因 此基于代理的系统是基于任务分解的。为完成任务，系统把任务划分成多个相对 独立的子任务，然后把各子任务分配给代理，由各代理自治地完成分配到的子任 务，在需要的时候各代理之间能够进行交互、协调，以完成设计的目标m ，。 移动代理是在代理系统的基础上发展起来的一种新型的分布式计算技术，它 具有跨地址空间持续运行的机制，能够在异构的网络环境下主动地在多个主机之 间移动和执行。它有三个特征n 弋 ( 1 ) 移动代理首先是一个代理，它满足代理的目标驱动特征，能自治地完成 设计的任务； ( 2 ) 代理能够主动地转移到不同的物理地址空间中执行； ( 3 ) 转移后代理的执行是持续的，即从转移的下一条指令继续执行，转移过 程中保持自身的状态。 由此可见，由于分布式监控各功能节点的分散性，常规分布式监控系统结构 很难对各功能节点进行有效的管理，尤其是各个分散的功能节点间的协同问题。 本文通过对以上几种分布式监控模式的比较分析，提出了一种基于移动代理 技术相结合的分布式监控系统结构，并引入了“域”的概念。该结构不仅可以有 效地解决集中式监控的瓶颈问题，而且较常规分布式监控体系结构更便于管理、 可以更好地处理各分散功能节点的协调问题。 第3 章基于移动代理技术的监控体系结构研究 第3 章基于移动代理的监控体系结构研究 3 1 移动代理概述 代理n ”的研究起源于人工智能领域。代理是指模拟人类行为与关系，具有一定 智能并能够自主运行和提供相应服务的程序。与现在流行的软件实体( 如对象、构 件) 相比，代理的智能化程度更高。随着网络的发展，可以让代理在网络中移动并 执行，完成某种功能，这就是移动代理( m o b il ea g e n t ) 的思想。2 0 世纪9 0 年代初 由g e n e r a lm a g i c 公司在推出商业系统t e l e s c r i p t 时提出了移动代理的概念。 3 1 1 移动代理的定义 软件代理研究者对代理的定义是：软件代理是能为用户执行特定的任务、具 有一定程度的智能以允许自主执行部分任务并以一种合适的方式与环境相互作用 的软件程序。代理具有四个基本特征： ( 1 ) 自主性：代理通过自身内部状态控制自己行为，在完成任务时不需要人 为的直接干预； ( 2 ) 交互性：一个代理通过某种代理通信语言可以与其它代理交互； ( 3 ) 反应机制：代理具有感知自身所处环境并对该环境的变化及时做出响应 的能力； ( 4 ) 主动性：代理可以采取主动行为，这些行为是面向目标的。 简单地说，移动代理是一个能在异构网络中自主地从一台主机迁移到另一台 主机，并可与其他代理或资源交互的程序，实际上它是代理技术与分布式计算技 术的混血儿u ”。 传统的r p c 客户和服务器间的交互需要连续通信的支持；而移动代理可以迁 移到服务器上，与之进行本地高速通信，这种本地通信不再占用资源。移动代理 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代理当前运行的状态，如程序计数器、运行栈内容等； 数据状态主要指与移动代理运行有关的数据堆的内容。按所迁移的运行状态的内 容，移动代理的迁移可分为强迁移和弱迁移。强迁移同时迁移移动代理的执行状 1 i 沈阳理工大学硕士学位论文 态和数据状态，但这种迁移的实现较复杂；弱迁移只迁移移动代理的数据状态， 其速度较强迁移快，但不能保存移动代理的完整运行状态。 移动代理不同于远程执行，移动代理能够不断地从网络的一个位置移动到另 一个位置，能够根据自己的选择进行移动。移动代理不同于进程迁移，一般来说 进程迁移系统不允许进程选择什么时候和迁移到哪里，而移动代理带有状态，所 以可根据应用的需要在任意时刻移动，可移动到它想去的任何地方。移动代理也 不同于a p p l e t ，a p p l e t 只能从服务器端向客户端单方向移动，而移动代理可以在 客户端和服务器端之间双向移动。 3 1 2 移动代理的优点 移动代理具有很多优点，移动代理技术通过将服务请求代理动态地移到服务 器端执行，使得此代理较少依赖网络传输这一中间环节而直接面对要访问的服务 器资源，从而避免了大量数据的网络传送，降低了系统对网络带宽的依赖。移动 代理不需要统一的调度，由用户创建的代理可以异步的在不同节点上运行，待任 务完成后再将结果传送给用户。为了完成某项任务，用户可以创建多个代理，同 时在一个或若干个节点上运行，形成并行求解的能力。 用移动代理技术构造分布式系统时具有以下优势”“m ： ( 1 ) 降低网络负载。这一特征概括了基于移动代理的分布式计算的特点，即将 计算移往数据，而并非将数据移往计算。这样做所带来的好处是可以减少网上原 始数据的流量。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。如图3 1 所示，移动代理使我们 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， 当进行远地主机大量数据处理时，这些数据不应在网络上传来传去，而应在本地 被处理完成。 第3 章基于移动代理技术的监控体系结构研究 乒荤妻釜三j 三三；善蓄荔飞 ij j 基于r p c 方式j 一t 主机主机b 卜卡磊；i 磊譬重、脑，； ji ，；移动a 铲n t 方式l 、f 砂，j j 图3 1 移动代理减轻网络负载 ( 2 ) 克服网络延迟：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，移动代理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代理 派遣到系统局部，直接执行控制器的指令，从而消除网络延迟所带来的隐患。 ( 3 ) 包装不同协议：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 几乎不可能，要么相当困难，这样就会产生“遗产”协议，而移动代理能够直接 移动到远地主机，建立起个基于私有规程的数据传输通道。 ( 4 ) 移动代理异步性和自主执行功能：通常，移动设备上的计算皆依赖于昂贵 而脆弱的网络连接，而有的任务，要求移动设备与网络之间必须保持持续的连接， 但这种要求从经济和技术的角度来讲都不易实现。要解决这一难题，可以将任务 嵌入到移动代理之中，然后将它通过网络派遣出去。此后，移动代理便可以独立 创建它的进程，异步、自主地完成所肩负的任务；而移动设备则可以在这之后再 连接上网络，收回a g e n t ，取得服务结果，如图3 2 所示。 匝弓一叵圄 刿二纛 鹭萄猫巨图 图3 2 移动代理允许网络连接断开操作 沈阳理工大学硕士学位论文 ( 5 ) 动态适应环境：移动代理具备感知其运行环境，并对环境变化做出自主反 应的能力。多移动代理可以拥有在网上各主机之间动态合理分布的能力，以维持 解决某一特定问题的最优配置。 ( 6 ) 自然的异构性：开放分布式计算各平台之间，往往从硬件到软件都是异构 的。由于移动代理往往独立于特定的主机和传输层协议，而仅仅依赖于它们的执 行环境( 已屏蔽各平台的差异) ，因而为进行无缝的系统集成提供了极为有利的条 件。 ( 7 ) 健壮性和容错性：由于移动代理具有对不利的情况和事件动态做出反应的 能力，因而减小了建立健壮和容错的分布式系统的难度。在一台主机被关闭以前， 可以绘正在运行的移动代理发出警告，它们可在很短的时间内移动到网络上其他 主机中，且继续运行。 3 1 3 与其他相关技术的比较 我们将移动代理与可替代移动代理进行客户服务交互的其他的方法进行比 较。这些其他的技术包括消息传递、r p c ( 远程过程调用) 、远程对象调用( 比如j a v a r m i 或者d c o m 或者c o r b a ) 、进程迁移、存储过程、j a v a a p p l e t s 和s e r v l e t s 等 f 圳o r p c - r p c 在客户和服务器进程之问提供了一条通道。r p c 参数可以被传输， 但双方必须有一个公共的交互定义。消息头包含了需要的处理器的类型。消息是 非直接寻址的，也就是说：客户端不知道显式的网络地址，甚至不知道识别目的 地服务器。地址的解释是通过中间过程的处理，比较适合于o n e t o - m a n y 。 消息传递：与消息传递技术相比较，移动代码( 包括移动代理) 能够节省带宽和 降低反应时间，因为移动代码能够被发送到资源的所在地。移动代码为了完成它 的任务，可以调用许多服务器的功能，不需要在网络中传递中间数据。而且，移 动代码能够继续进行它的任务即使连接客户端和服务器端之间的网络断掉。 进程迁移：一般来说进程迁移系统不允许进程选择什么时候和迁移到哪里。 进程被设计成透明地从一台机器移动到另一台机器进行负载平衡。另外尽管一些 进程迁移系统允许在异构的机器之间进行迁移，这些工具主要还是为“封闭”的 环境而设计的。而移动代理，根据应用的需要，可以在任意时刻移动，可以移动 1 4 第3 章基于移动代理技术的监控体系结构研究 到它们想去的任何地方。许多移动代理将把它们自己定位到有它们所需要的信息 资源的地方。另外，几乎所有的移动代理系统被设计成平台独立和在开放环境中 安全。 存储过程a p p l e t s 和s e r v l e t s ：移动代理比这些移动代码的形式更加灵活。首 先，一个移动代理能够从客户端移动到服务器端，也可以从服务器端移动到客户 端，而许多移动代码的其他形式只允许一个方向的移动，第二，一个移动代理能 够根据它自己的选择进行移动，比如j a v a a p p l e t s 只有当用户访问一个相关的网页 的时候才被下载。第三，一个移动代理能够被移动多次。比如：一个移动代理能 够不断从网络中的一个位置移动到另一个位置来保证它和客户端之间的平均响应 时间，同时一个客户端代理能够持续地迁移来获得它所需要的资源。比如：如果 一个客户代理需要查询数据库来决定它是否需要查询第二个数据库。它可能首先 迁移到第一个数据库，运行第一个查询，分析查询结果来决定是否需要对第二个 数据库查询，如果需要则直接迁移到第二个数据库上，运行第二个查询，最后携 带结果，回到它最初的地方。 3 2 移动代理的体系结构 移动代理系统由移动代理和移动代理服务器两部分组成。移动代理服务器基 于代理传输协议a t p 1 ( a g e n tt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 来实现代理在主机间的迁移，并为 其分配执行环境和服务接口。代理在服务器中执行，通过代理通信语言a c l ( a g e m c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 相互通信并访问移动代理服务器提供的服务。通常情况 下移动代理的体系结构定义为如图3 3 的结构： 代码库 = 国 移动a 鲜m | _ 二= 二一 服务器 f t 理传协诅 远程移动a 群n 堰务器( m s 任务求群 运行模巍雕理原则 攒 图3 。3 移动代理体系结粗 ， 该体系结构中最外层是代理监听接口和安全策略库w w ，它们是代理与外界通 沈阳理工大学硕士学位论文 信的中介，执行代理的安全策略，阻止外界环境对代理的非法访问。环境交互模 块实现a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ) 语义，保证使用相同的a c l 的代理和 服务器之间的正确通信和协调，且通信内容的语义与a c l 无关。代理任务模块包 括运行模块和相关的推理规则。知识库是代理所感知的世界和自身模型，并保存 在移动过程中获得的知识和任务求解结构。内部状态集是代理执行过程中的当前 状态，它影响代理的任务求解过程，同时代理的任务求解又作用于内部状态。约 束条件是代理创建者为保证代理的行为和性能丽做出的约束，如返回时间、站点 停留时间、以及任务完成的程度等。路由策略决定代理的移动路径，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。同时，移动代理服务器一般提供以 下基本服务： ( 1 ) 生命周期服务：实现代理的创建、移动、持久化存储和执行环境分配。 ( 2 ) 事件服务：包括代理传输协议和代理通信协议，实现代理间的事件传递。 ( 3 ) 目录服务：提供定位代理的信息，形成路由选择。 ( 4 ) 安全服务：提供代理执行的安全环境。 ( 5 ) 应用服务：是任务相关的服务，在生命周期服务的基础上提供面向特定任务 的服务接口。 3 3 移动代理的安全性 移动代理尽管具有很多的优点，并且有广泛的应用前景。但是目前移动代理 受到安全性问题的限制与阻碍。现有的基于j a v a 的移动代理系统，基本上都采用 了j a v a 的砂箱( s a n db o x ) 安全模型作为其安全机制的实现基础，但是j a v a 安全 模型本身就存在不完善的地方，而且移动代理系统对安全性有着特殊的要求，针 对本系统对安全性的特殊要求，进行移动代理系统安全性研究，有着重要的意义。 移动代理的安全性问题包括三个方面： ( 1 ) 移动代理通信的安全保护 包括通信安全，对所有信息提供通信认证，对任何可能的安全危害进行检测， 目前有一种基于“加密信道权限控制”的移动代理系统通信安全性实现方法， 提供了多层次检查机制。用一些加密算法来提供底层的签名和加密服务，而在高 1 6 第3 章基于移动代理技术的监控体系结构研究 层提供权限控制机制。 ( 2 ) 保护主机 计算机应当能够认证代理的所有者，然后根据执行过程的资源请求和相关的 安全策略给予相应的权