（计算机系统结构专业论文）基于agent的智能lbs解决方案.pdf

浙江大学硕士学位论文；基十a g c n t 的智能l b s 解决方案 一个l b s 系统必须要回答如下三个问题： 1 l 用户位于何处： 2 ) 用户的周围有什么； 3 ) 如何帮助用户达到目的。 1 1 2l b s 的产生背景 l b s 的出现，在很大程度上，是因为受到了来自美国政府的压力。1 9 9 6 年6 月，美国的联邦通信委员会( f e d e r a ic o m m u n i c a t i o nc o m m i t t e e ，f c c ) 下达了一 项称为e 9 ”的强制性规定。该规定要求电信运营商要采取某种方法定位拨打 9 1 1 报警电话的用户的位置，并且要求在2 0 0 1 年1 0 月前开始实施该定位技术。 f c c 规定：所有的9 ”呼叫定位服务的精度必须要在限制在1 2 5 米之内，而且 准确率要达到6 7 以上。1 9 9 8 年1 2 月，f c c 对这项规定进行了一些补充，允 许网络运营商采用基于终端的( t e r m i na lb a s e d ) 或者基于网络的( n e m o r k b 器e d ) 定位技术咧。 f c c 之所以这样做是因为在美国每天有2 0 万次以上的通过手机进行的“9 1 1 ” 报警，而在这些报警电话中。有相当一部分由于报警人无法提供准确的事发地点 而耽误了警方的宝贵的时间。因此，如果能通过手机定位来确认事发地点将大大 提高警方的办事效率。 1 1 3l b s 的应用及其发展前景 当前，欧美同韩等国都已经开发出许多成功的l b s 应用系统。现在对这些 系统做一个简要的介绍： 1 b u d d yu s t 。b u d d yl i s t 是一种基于位置的消息服务( l 0 c a t i o n ，a w a r e m e s s a g i n g ) 。用户事先在移动设备上定义自己的好友名单和敏感范围，当有 好友进入敏感范围内时，s p 就向用户发送一个通知( 短信、即时消息等) 。例 如，用户a 事先设定用户b ，c ，d 为其好友，并且设定敏感范围为1 0 0 0 米。假设a 现在位于杭州西湖，当b 在a 附近时( 1 0 0 0 米以内) ，s p 便向a 发送一条短信来通知日莅：移移盼妒 2 a v l 车辆管理。该系统可以通过定位用户的车载电脑来获得用户的当前位 置，并且根据这个当前位置信息提供给用户交通信息和导航服务。例如，在 交通高峰期，s p 向司机提供导航信息。这样可以在很大程度上缓解交通的 压力，同时也可以节省用户的宝贵时间。 3 无线跟踪服务。该服务可以定位用户本人的具体位置，这对于某些用户很有 帮助。例如，老人、儿童或者残障人士可以随身携带一个移动设备，s p 可 以实时地获得其当前位置信息，并且将其位置显示在一张电子地图之上。这 2 浙江大学硕士学位论文：基于a g 如t 的智能l b s 解决方案 可以有效避免老人、儿童或者残障人士走失情况的发生。 4 手机匿名聊天。用户事先定义敏感范围和自己感兴趣的信息，例如性别，年 龄，职业和兴趣爱好等。当有信息匹配的用户进入敏感范围内时，s p 会请 求建立一次连接，当双方都同意连接时，用户即可进行匿名的手机短信或者 语音交流。 5 l b a ( l o c a l i o nb 蕊e c ia d v e 州s e m e n t ) 。l e l a 为l b s 在电子商务上的一项 应用。用户需要事先订阅自己感兴趣的信息，例如促销信息，打折活动等。 当用户进入某一范围内时，s p 向用户发送一个信息，消息中包含商家发布 的广告、促销信息。例如，在周末中午1 2 点，用户的位置位于杭州市的武 林广场，这时s p 发送短信通知用户在武林广场的肯德基店正在进行一项薯 条的促销活动。 6 城市黄页。当移动用户到达一个新的城市时，该服务可以向用户提供有关城 市的各种信息。 7 移动梦网。“m o m e m e r ，( 移动梦网) 是我国移动通信集团公司自主研发的 l b s 系统。它可以为用户提供多种实时和个性化的信息服务。 现在，世界各国的手机用户都在大幅增加，例如，我国的手机用户已经从2 0 0 0 年的5 0 0 0 万增长至2 0 0 5 年的近4 亿。同时，移动电脑、p d a 等高端移动设备 的数量也有了很大的提高。随着3 g 时代的临近，移动网络的数据的传输速度也 会大幅增加。这些都是推动l b s 发展的积极有利的因素。同时，用户也越来越 希望获得个性化的，定制的，基于位置的各种服务。据s g m ( s t r 如g i e sg r o u p o fm a d i n f o ) 的统计数据显示，2 0 0 5 年l b s 已经盈利5 亿美元。据s u n 公司的 分析师的统计表明：在2 0 0 5 年，美国的l b s 用户已经达到了2 5 0 0 万人。广阔 的市场前景刺激了很多大公司和研究机构不断提出不同l b s 解决方案。因此， l b s 在不久的将来将会取得长足的发展。 _ 1 2 传统l b s 的系统框架 l b s 系统的整体结构如图1 1 所示： 3 画 g i s 服务器 哐虱 皂型 s p 服务器 图1 1l b s 系统整体结构 在图1 1 中，手机、笔记本电脑、p d a 、p a g e r 为用户的移动设备，这些设 备为l b s 系统的客户端。卫星接收器，基站和通信卫星构成定位系统。网关、 s p 服务器、计费服务器、g l s 服务器和数据库服务器等服务器组和定位系统共 同构成系统服务端。 l b s 系统的内部数据流向为：定位系统负责定位移动设备的当前位置。当定 位系统获得移动设备的当前位置信息后，当前位置信息将被提交到服务端，其中 s p 服务器负责对用户检查用户的合法性【4 】阎。在通过检查后，g l s 服务器负责转 换用户的当前位置信息到指定的格式，然后在数据库中查询用户感兴趣的信息， 同时计费服务器开始计费。当检索到查询结果后，查询结果经电信网络返回给用 户的移动设备。此后，移动设备再对信息进行必要的转换，例如地图显示等。 1 3 选题动机 虽然l b s 有着广阔的发展空间，但现在的l b s 系统仍然存在着若干亟待解 决的问题： 1 无法动态调整服务类型，在离线( a 怖i n e ) 时，系统可以提供的服务的 数目很少； 2 占用带宽过高； 3 由于移动设备本身以及定位系统的原因，系统无法准确定位移动设备， 因此常常出现错误通知和冗余通知的情况； 4 飘墼 浙江火学硕士学位论义：基于a g e n t 的智能u i s 解决方案 4 具有计算能力的移动设备无法分担服务端的负担，造成了资源的浪费； 5 移动设备无法动态实时的更新软件； 6 通信的安全问题尚未得到妥善的解决。 由于以上几点原因，本文提出了一个更为完善的l b s 系统的解决方案，并 且采用新的通信载体来实现数据通信，这可以在很大程度上解决现存的问题。 1 4l b s 解决方案e l b s 本文提出了一种新的l b s 系统的解决方案一e l b s 。在e l b s 中，移动设 备、定位系统、服务端的服务器组都增加了虚拟接口层和a g e n t 平台。我们知道， 现在无线网络是一个分布式网络系统，异构网络设备构成了异构网络，平台的差 异性是l b s 发展的一个重大障碍。而虚拟接口层可以很好的解决这些平台差异 性。与此同时，现在的无线网络中的数据传播速度较慢，网络状况较差，传统的 无线通信方式不能很好满足用户的要求，因此本文采用移动a g e n t ( m o b i l e a g e n t ，m a ) 作为新的通信载体。由于m a 本身的特点，它可以很好的解决现有 问题。a g e m 的生存需要一定的环境来支持，因此移动设备和服务端的服务器组 中都新增了a g e n t 平台n 本文提出的l b s 系统e - l b s 构架如图1 2 所示： 1 5 论文的组织结构 基站 图1 2e l b s 系统结构 论文围绕“基于位的服务的更为完善的解决方案”这一主线，选择m o b j i e 5 威目m 画一 画一 虱一 晤lu黼 画i | 瞄 、j 兰龇 桃 、垒氟 一墅一 亘一 威h 圈硼 浙江大学硕士学位论文：基于a g c a t 的智能l b s 解决方案 有使用l m u ，而是通过与在基站上安装了g p s 或者原子钟等精确定时装置的无 线网络的同步来实现的。美国的c d m a o n e 网络使用了这种定位方法。在市区 里，t o a 提供的定位精度会比c o o 好一些，但是它却需要比c o o 和e o t d 更长的响应时间( 大约要1 0 秒) 。 此外，_ o a 所必需的同步g s m 网络的代价要比通过c o o 提高网络性能大 得多。因此，服务提供商基本不会进行为此进行投资。但是t ( ) a 无需对移动设 备进行改造，因此可以直接向现有用户提供服务。在这一方面来说，t o a 又可 以减少前期投资。 2 5a n g l eo fa r r i v a l ( a o a ) a o a 技术最初是由军方开发的，历史也比较长。a o a 现在主要用于模拟无 线通信中。然而，a o a 所使用信号和信道共享等问题使其难于应用于数字系统 中。 该技术的最为常用的定位方式为”小缝隙方向寻找”，它需要在每个蜂窝小区 站点上放置4 组至1 2 组的天线阵列。天线阵列协同工作可以确定移动设备发送 信号相对于蜂窝基站的角度。如果有若干个基站都发现了该信号源的角度，那么 它们可以分别由基站引出射线( 沿着计算所得的角度) ，而这些射线的交点就是 移动设备的位置嘲嘲。 a o a 往往会受到由多径和其它环境因素引起的无线信号波阵面扭曲的影响。 当追踪语音服务等连续的发送信号时，由于需要较长的分析时间，因此该技术的 性能是难以接受的。当呼叫者在小区间进行切换时，系统必须跟踪语音信道的切 换。但是，如果因为a o a 天线阵列的位置的原因使其无法解读语音信道的信号， 该技术的性能就会受到很大的影响。 但是a o a 系统最大的峨题是：随着法律法规的不断严格，向基站增加天线 阵列会有很多限制，例如美观问题和管理问题。与此同时，现存的蜂窝基站的天 线也并不适合a o a 技术。a o a 系统另一个缺点是，当移动设备距离基站较远时， 定位角度的微小偏差都会导致定位距离的较大偏差。虽然a o a 不需要对移动设 备进行修改，但它也很难应用与l b s 的定位系统之中。 2 6g p s 全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，g p s ) 是全球性、全天候的卫 星无线定位系统，可提供高精度的三维位置、三维速度和高精度的时间信息( 使 用铯原予钟实现) 。g p s 由空间星座、地面监控和g p s 接收终端三大部分组成。 其中，空间星座由2 4 颗卫星组成。这些卫星分布在6 个圆形轨道上，每个轨道 9 浙江大学硕士学位论文：基于a g e n t 的智能u 蚺解决方案 上有4 颗卫星。地面监控站系统由一个主控站、五个监控站和三个注入站组成， 负责数据采集、故障诊断、跟踪监控等工作，其中注入站主要用于向卫星发射更 新的导航数据。g p s 接收终端可以放置在全球任何地方，任何时刻均能观测到 至少4 颗卫星，终端可根据接收到4 颗卫星的导航信息，计算出自己的三维位置 ( 经纬度与海拔) 、运动速度、运动方向以及精确的时间信息。此外，g p s 还是 完全免费的。g p s 的缺点是其定位精确度受周围环境的影响较大，例如建筑物 阻挡等。当用户位于室内时，g p s 的定位经度还会进一步降低。如果要使用g p s 进行定位，移动设备上需安装定位芯片，而现在的少数高端的移动设备才能满足 这一要求。对于普通的移动设备，可以增加定位功能组件，但是需要支付一定的 费用。 2 7a g p s 辅助g p s ( a s s i s t e dg l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，a g p s ) 技术主要依靠 g p s 卫星完成定位，但是同时需要其它定位基础设施进行辅助。移动设备需要 接收至少4 个g p s 卫星的信号，根据这些信息完成定位计算，并将计算结果报 告给网络。对一般的g p s 定位技术来说，需要g p s 接收机在全空域范围内搜 索可以使用的g p s 卫星。这种搜索通常都需要较长的时间，所以不能满足快速 移动定位的需要。在辅助g p s 技术中，网络可以根据移动设备当前所在的小区， 确定所在小区上空的g p s 卫星，将这些信患提供给移动设备。移动设备根据这 些信息，缩小搜索范围，这在很大程度上缩短搜索时间，可以更快地完成可用卫 星的搜索过程。搜索完成之后，移动设备需要通过和网络的交互，将用于计算移 动台的位置信息传送给网络，由网络计算移动设备的位置。由于a g p s 的g p s 定位方法和基于网络的定位方法的结合，所有它综合g p s 和基于网络的定位方 法的优点，是未来定位方法的发展方向之一l l o 1 2 。 现在，对上述几种定位方法作一个总结，见表2 1 ： 表2 1 定位方式比较 | l 麟舞鬃i ，懑徽瀵鞲。耘警；i i 、德瀛誊i i f酸懑 1 无需对网络和移动设备进行修改， c 0 0基于网络【定位精度较低 l 相应时间短 需要对移动设备 e o t d基于网络 定位精度比c o o 高 进行修改 删 基于网络使用现存的c d m a 网络相对较低的精度 g p s基于终端 免费使用，定位精度较高移动设备需要内 1 0 浙江大学硕士学位论文：基于a g e n t 的智能l b s 解决方案 j 置定位芯片 a o a 基于网络 无需对网络和移动设备进行修改 系统需要复杂的天线 精度高，几乎不受周围环境的影移动设备需要内 a g p s混合 响，费用低渲定位芯片 1 1 浙江大学硕士学位论文；基于a g e n t 的智能l b s 解决方案 3a g e n t 3 1 a g e n t 的定义 到目前位置，a g e n t 尚没有一个统一的定义。现在一个较为权威的定义为： a g e n t 是一段程序，这段程序可以作为属主的代表，并且帮助属主完成他们的工 作。 a g e n t 有着广泛的应用，例如在操作系统，数据库和计算机网络领域中。而 现在使用a g e n t 最多的是在人工智能方面的研究。在不同应用场合中，a g e n t 的实现有着很大的不同，但是，不同的a g e n t 却拥有相同的特征。这其中包括 a g e n t 可以与它周围的环境进行交互，可以异步、自主的运行，以及为达到目标 而连续地运行。与面向对象( o b j e c t0 d e n t e d ，0 0 ) 中对象( o b j e c t ) 不同， a g e n t 是一个主动的实体，而对象是一个被动的实体，对象必须由外界向其发送 一个它可以识别的消息才能执行某种操作。 如果从系统的角度来定义a g e n t ，定义如下： a g e n t 是一个软件对象，它生存于它的运行环境之中。a g e n t 是一个主动的 实体，可以自主地、连续地运行，它是一个真正的目标驱动的对象。其中： 主动性：a g e n t 可以感知环境的变化并且适应环境的变化； 自主性：a g e n t 可以控制自身的行为； 目标驱动：a g e n t 具有明确的目标； 连续性：a g e n t 可以连续地运行( 这通常是针对移动a g e n t 来说的，后面会 做详细的讨论) ： 通常a g e n t 还带有以下某些特征： 可以与其它a g e n t 进行通信( i n t e r a g e n tc o m m u n i c a t i o n ) ； 移动性( m o b i l i t y ) ； 自主学习( s e l f - s t u d y ) ： 可信( t r u s t f u l n e s s ) ； 3 2m o b i l ea g e n t ( m a ) 大多数的a g e n t 是静止不动的，它采用传统方法的与其周围环境进行交互。 这些方法包括r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 和消息传递。我们称这种a g e n t 为静态a g e n t ( s t a t i ca g e n t ，s a ) 。s a 的定义如下： s a 仅仅可以在其创建之处开始运行，如果s a 需要某些非本地信息或者需要 1 2 浙江大学硕士学位论文：基于a g e n t 的智能l b s 解决方案 与其它系统上的a g e n t 进行交互，它需要使用r p c 之类的通信方法。 移动性是a g e n t 的可选属性。但是，如果a g e n t 具有移动性，它可以完成某些 特殊的操作。相对与s a ，移动a g e n t ( m o b i l ea g e n t ，m a ) 的运行不局限于本 地系统。m a 可以在移动到网络上的任何位置。具体来说：当m a 创建后，它可以 携带自己的代码以及运行状态，迁移到另外的系统之上( a g e n t 平台) 。m a 可以 在新的环境下继续运行1 w 。 本文提出的新的l b s 解决方案一e l b s 中将使用m a 作为基本的通信载体。 选择m a ，除了上述a g e n t 本身的优点外以及m a 豹移动性之外，移动a g e n 便适 用移动网络和分布式网络。 众所周知，移动网络和分布式网络的网络状态往往不好，时断时续，因为移 动网络易受周围环境的影响，如建筑物阻挡，距离基站远近，其它信号干扰等。 此外，分布式网络要网络平台异构性的影响。在分布式网络中，网络设备的数据 传输速度有着很大的不同，有千兆以太网这样的快速网络，也有手机通信所使用 的慢速网络( 2 g 为9 6 k b p s ，2 5 g 为5 6 k b p s ) 。有高性能的工作站，也有资源 受限的嵌入式系统。这些因素都造成了分布式网络的不稳定性。 m a 非常适合作为这种网络环境的通信载体，因为m a 本身具有代码和运行状 态。它可以在一定的情况下暂停运行( s u s p e n d 或者s l e e p ) ，而在一定情况下 又可以恢复运行( r e s u m e ) 。在这一点上，m a n - 以被看作一个高级的j a v a a p p l e t 。 j a v a a p p l e t 本身就包含代码和运行状态，它可以从一台主机a 上迁移到另一台主 机b 上，其中主机a ( 服务器端) 是的j a v aa p p l e t 的创建之处，主机b ( 浏览器 端) 是其运行之处。主机b 本身并没有j a v aa p p l e t ，它仅仅具有一个j a v aa p p l e t 的运行环境( 浏览器) 。j a v a a p p l e t 可以在迁移n b 后开始执行。但是j a v a a p p l e t 在迁移一次之后生命期就结束了。而m a 可以从一台主机任意迁移到另一台主机， 并且可以迁移任意多次。这样就将j a v a a ，o p l e t 的c s 模式变为更加适合分布式系 统和移动网络的p 2 p 模式【1 4 1 。 此外，m a 可以有效地减轻网络负荷。在分布式网络中，由于安全的需要， 不同设备的通信常常需要进行多次握手操作。这在很大程度上加重了网络的负 荷。而a g e n t 本身含有代码，这有效地减少了上述的握手操作的次数。因此，使 用m a 作为通信载体可以减轻网络负荷。 m a w 以减低网络延迟。在分布式系统中，其某些组成部分可能是一个实时 系统。对于这样的系统，网络延迟是难以接收的。m a 可以很好的解决这类问题， 因为m a 可以迁移到具有的一台有需要的设备( 资源设备) 上进行执行。m a 的这 优点现在已经获得了广泛的应用，即搜索引擎使用的爬虫( c r a w l e r ) 。 m a 本身可以封装系列协议。此外，m a 通常还具有鲁棒性和错容性。 浙江大学硕士学位论文：基于a g e n t 的智能l b s 解决方案 3 3 对比a g e n t 和r p c 与传统的r p c 相比，a g e n t 有着很多优点。但是，这并不是说a g e n t 会取 代r p c 。因为这两种通信方法有着各自的适用范围。图3 1 显示了a g e n t 和r p c 的不同之处。基于r p c 方式的应用程序( 位于h o s t a ) 可以调用远程的服务( 位 于h o s tb ) ，服务端将运行结果返回给本地的应用程序。而基于a g e n t 的应用程 序，可以将a g e n t 发送到远程的服务端，a g e n t 在远程服务端上继续执行。基于 a g e n t 的方法适合与网络状态较差的情况。例如，当h o s ta 由于某种原因会经 常离线时，如果采用r p c 的方式，h o s t a 很可能收不到运行结果或者收到部分 运行结果。此外，基于a g e n t 的方法还适用于某些通信数据量很大的情况。例 如，考虑以下情况：如果h o s tb 是一台数据库服务器，其上有大量要处理的数 据，而h o s tb 本身并不具有数据处理能力或者处理能力很弱。h o s t a 是一台搜 索引擎，h o s ta 需要对h o s tb 上的数据加上索引。如果采用r p c 的方式，a 要向b 发送请求，然后b 将数据发送给a ，然后a 为数据加上索引：由于数据 量很大，这是在性能上、花费上都是难于接受的。在这种情况下，可以采用基于 a g e n t 的方法了。首先在h o s ta 上创建一个a g e n t ，然后a g e n t 迁移到h o s tb 上，并且在h o s tb 上开始执行索引操作，当操作结束后，a g e n t 再将数据索引 返回给h o s t a 。这样就避免了大量数据的发送，有效地减轻了网络的负荷【1 6 1 。 h o s t a r p c 移动a g e n t h o s t b 图3 1r p cv s a g e n t 基于a g e n t 的方法不要求源主机与目的主机时时处于联网状态，如图3 2 所 示。在a g e n t 迁移到远程主机上后，生成a g e n t 的主机就可以处于离线状态。 当它再次连接到网络时，a g e n t 就可以再次回到它的创建之处。因此，a g e n t 很 适用于网络状态不佳的情况。例如，用户经常会携带手机穿梭于高层建筑之中， 1 4 浙江大学硕士学位论文：基于a g e n t 的智能l b s 解决方案 这时会出现手机没有信号的状态。在这种情况下，传统的通信方式就无法满足我 们要求，至少是非常不方便的。因为可能它会经常要求用户进行“重新连接”的操 作。 图3 2a g e n t 的通信特点 但是，我们必须注意到，a g e n t 并不是要取代r p c 。因为r p c 有很多a g e n t 没有的优点，例如在网络条件良好的情况下，a g e n t 的通信效率就不如r p c 高。 r p c 有很多成功的应用，例如f t p 服务，d n s 服务。f t p 服务需要通过有线 网络将远程的文件下载到本地计算机之上，r p c 可以很好地满足用户的要求。 如果采用a g e n t 的方式，每次数据传递都会附加上a g e n t 的代码和状态，而且 服务器和本地计算机还要安装a g e n t 的运行环境【1 b - 。此外，当进行域名解析操 作时，需要传递的数据量是很小的，如果采用a g e n t 方式，每次还要附加上一个 a g e n t ，相比与r p c 来说，这会加重网络负荷。 3 4 移动a g e n t 规范 m a 的出现的同时，一种新的网络计算规范一一移动a g e n t 规范也随之产生。 m a 对我们设计和开发分布式网络应用程序可谓影响巨大。移动a g e n t 规范的一 项显著特征为：移动a g e n t 规范为分布式网络提供高度的灵活性。因为在分布式 网络中，有很多计算机并没有处理能力或者处理能力很弱，而这类计算机上却有 浙江大学硕上学位论文：基于a g e n t 的智能l b s 解决方案 错容性当出现错误时，a g e n t 执行某个m a s 提供的例程米消除 错误。 性能一个m a s 要有良好的性能。 多甲台支持保证m a 可以从一类m a s 迁移到另外的m a s 上。 自适应性 当外界环境发生变化时，m a s 能通$ l a g e n t 这种变化。 下面重点介绍几个m a s 以及它们各自的特点和不足之处。 3 5 1 a g l e t sw o r k b e n c h a g i e t s 是由i b m 的d a n n yl a n g e 主持设计并实现的。a g i e t s 的意思是“a g e m + a p p l e t 。a g l e t sw o r k b e n c h 是一个非常流行的m a s 。a g l e t sw o r k b e n c h 最大的 特点是易于安装和包含一个g u i 。其运行画面如图3 4 所示： a g l e tm o b i l i t yv i e wo p t i o n st o o lsh e l p lc r e a t e i o hj a j ：m 岛| o i t 。e k 电i io ；= ；：曼：噎| r e t r a c t e x a r n p le s h e 1o h e l lo a 9 1e t ：t u e 帅r181 4 ：3 6 ：2 7c e i 2 0 0 6 i c r e a t e ：e x a m p l e s - h e i l o t h e i i 。a g l e tf r o ma t p ：! o 2 1 4 1 9 1 6 9 粥3 4 ， 图3 4a g l e t sw o r k b e n c h 运行图 a g l e t sw o r k b e n c h 使用j a v a 实现的，可以运行于j a v a l 1 和j a v a l 0 2 ( 具 有r m l 支持的p r e b e t a 2 版) 。a g l e t s w o r k b e n c h 可以显示出a g e n t 的内存使用 情况，线程情况，操作日志等内容。用户可以自定义端口，安全属性和是否使用 h - r t p 通道等内容。a g t e t s 系统的设计简洁，并采用了很多j a v a 中的模型，例 如j a v aa p p l e t ，a wl - ，回调函数，j a v ab e a n s 和订阅，发布消息模型。a g l e t s w o r k b e n c h 提供了完整的属性和消息机制。其中属性系统允许a g e n t 用一个“属 性一值”二元组来标识自己。a g e n t 可以查询其它a g e n t 的。属性一值”二元组。 a g l e t sw o r k b e n c h 的消息机制允许a g e n t 间同步地或者异步地交换消剧”】。 a g l e t sw o r k b e n c h 的发展前景良好，不仅因为它是i b m 的产品。a g l e t s w o r k b e n c h 的设计者很多都是0 m g 的成员，由于0 m g 负责a g e n t 以及a g e n t 堑坚查兰堕土堂垡堡兰! 墨主垒竖型堕笪鐾些! 塑达塑墨 平台的标准化，所以这对a g i e t s 发展很有利。 但是，a g i e t sw o r k b e n c h 的一个缺点是文档不够完善；此外，一些诸如j a v a 文件访问权限的b u g 至今没有得到解决。 v b y a g e r 由o b j e c t s p a c e 公司开发。v b y a g e r 是也一个基于j a v a 的m a s ， 它包括很多其它m a s 没有的创新之处。由于v b y a g e r 使用了大量的序列化和反 射操作，所有它需要运行于j a v a l 1 或者以上版本。 相对于a g l e t sw o r k b e n c h 来说，v o y a g e r 的文档极为丰富，用户可以在 o b j e c l s p a c e 公司的主页上下载文档。，b y a g e r 的一大特点是灵活，它允许异步 以及同步的r p c 。每个j a v a 方法可以跨越具有相同语意的地址空间。在 v b y a g e r 中，开发人员可以通过v c c ( r t u a lc o d ec o m p l l e r ) 工具创建虚拟对 象( v i n u a io b j e 乩v o ) 。v o y a g e r 的迁移机制也很有特色，虽然用户需要在分 布式网络中提供一个a g e m 服务器，但是通过v o 机制，、，o y a g e r 并不要求每台 主机上都要允许一个a g e n t 服务器。 开发人员可以把v c a g e r 看成是一个增强了的对象请求代理( o b i e c t r e q u e s tb r o k e r ，o r b ) ，同其它移动a g e n t 系统相比，v o y a g e r 与j a v a 语言 的结合更加紧密，既可用于开发移动a g e n t 系统，也可用于创建传统的分布式系 统。v o y a g e r 是一个纯j a v a 分布式计算平台，可快速生成高性能分布式应用程 序，是代表当前技术水平的一个优秀的移动a g e n t 开发平台1 1 明。 3 5 3a g e n tt c i a g e mt c i 由美国d a r l m o u t h 大学开发，首创于2 0 世纪9 0 年代初期，它是 现在少有的用非j a v a 语言( t c l 语言) 开发的m a s 。a g e n tt c i 已经被很多公司 和组织采用，这其中包括：洛克西德一马丁公司，西门子公司，c o m e 大学和 b o r d e a u x 大学。a g e mt c i 的体系较为简单，如图3 5 所示： 浙江大学硕上学位论文：基于a g e n l 搓嗜甜簿誊垂踊净毽鼍 羹；藿；芸蓁薹燮羹量囊霆霎羹鬻 配些婪辇蔫；i 翟兽晷j 薹笔耋i i 兰娄圣童鼋| 跫委匿髫垂谍i 蔓尹 毫禹j 辱型薹繁告鬟雾翥磊 路召系晶篓篾塑；蕈霭桩酾搿譬冀割剐彩宅池羹臻嗡镯倒博嗡胤灞潮；囊至孽，斗歪 篮留铥冀誊雾雾耋囊萋i l 姜蓁薹霪氢要盈鬲墓l 喜三蒌饕奏鬓囊；萋素荔冀旧耋邑g i n 驰鳋当翳簏孵。装蕈常 是三维的，这 种事件被称为空间事件( s p a t i a le v e n t ，s e ) 。在s e 包含有空间谓词( s p a t i a l p r e d i ca t e ) ，s u b p u b 系统通过对空间谓词求值来决定是否向用户发送通知。对 于传统的l bs 系统，订阅，发布系统都位于l b s 系统的服务端，因此当用户请求 很多时，服务端的负荷会很大，因此难于保证系统的q o s 。但是，现在很多商端 移动设备( 例如智能手机，笔记本电脑，p d a ) 都是具有定位和计算能力的智能 设备。通常这些智能设备的硬件利用率较低，因此我们可以将定位和事件通知 ( n o t i fi c a t i o n ) 的一部分计算由服务端转移到客户端。这样可以有效降低服务器 的系统负荷，同时要提高了移动设备的硬件利用率 2 3 2 s l 。 此外，在订阅，发布系统中，一个必须解决的问题就是冗余通知的问题。当定 位系统检测到用户在一个位置时，发布系统会向其发布用户事先定义的事件：但 是如果用户位置始终不变时，她他就会不断地收到相同消息。因为用户始终满 足系统通知条件。此时，订阅发布系统必须避免这种冗余通知的问题。传统的 订阅发布系统采用“通知计数”的方法来避免此种情况的发生。但是，这显然会增 加服务端的负担，而且更为重要的是系统会漏掉很多应该发送给用户的事件。如 果我们在用户的智能移动设备上实现某种事件过滤机制就能很好地解决这一问 题。因此在el b s 中，我们定义了新的空间事件a d t - 一s e a d t 。s e a d t 是 由系列。属性一值”二元组组成。一个典型的s e a d t 定义如下： 表4 1 典型s e a d t i 蔫i 嚣蔓j：羼l 簦。蕊鬟囊i i 鬟囊鬃蕊i 豢渊黎骥熬纛熬嚣i ；t 霰鬻il 爨l 嚣羹i i 鸳聋誊燧委登嚣黧鬻蓦量蠢i ：鬻 h o s ti d0 ) c 9 8 6 3 7 7 a c 2 0用户i d s m a r td e v i c el d0 x l8 6 5 0 9 8 c b d a l2 2 用户移动设备i d s u b m i s s i o n1 1 m e 塑兰查兰堡圭兰堡堡苎：茎王垒暨! ! 箜望堂堕堡迭立壅 4e l b s 系统服务器组 l b s 系统的服务端由若干服务器构成的系统服务器组构成。这些服务器包 括：计费服务器，s p 服务器，数据库服务器，g l s 服务器，a g e n t 服务器等。 其中g i s 服务器和a g e n t 服务器处于服务器组的核心位置。 4 1g l s 服务器 地理信息系统( g e o g 限p h i cj n f o r | n a t i o ns y s t e m ，g i s ) 是交叉学科的产物，已 经广泛的应用在很多领域。g i s 是用于存储、查询、编辑、分析和显示有关地理 数据的计算机应用系统。从技术的角度来看，g i s 是一种解决有关空间问题的有 效工具；从功能上来看，g i s 具有空间数据的获取、存储、显示、处理、分析、 输出和应用等功能；从学科的角度来看，g i s 是在测量学、地理学、地图学和计 算机图形学的基础上发展起来的交叉性学科；从系统的角度来看，g l s 具有特定 的结构和功能，是一个完整的应用系统。统计结果显示，在人们日常的生产和生 活之中，8 0 以上的信息和地理空间位置有关。只要是和空间位置有关的应用都 可以采用g i s 技术。很多行业所需的信息都和地理空间位置有着一定的联系。 当行业应用和地理空问位置信息结合时，也可以采用g l s 技术【”】。 在l b s 系统中，g l s 服务器的地位非常重要。当定位系统获得用户的位置信 息后，位置信息( 可能是“经度一纬度一高度”三元组或者文本位黄信息，这取决 于定位系统) 被提交到g l s 服务器，g l s 负责解析位置信息，例如e 1 1 6 0 2 8 ， n 3 9 。5 4 对应北京市。g l s 不但要在其地理信息数据库( g e o d a 协b a s e ) 中搜索 出位置信息对应的物理位置，还要检索出临近的重要的地理位置信息。例如，定 位系统定位出用户a 现在处于位置为“东经x 度一北纬y 度”，该位置信息被送 至g i s 服务器，g i s 在g e o d a 埝b a s e 中搜索到该位置信息对应旅游景点p 7 。 同时，在p ，附近，还要另外的景点尸i ，2 ，f ，3 和宾馆h 。这些地理信息将一起 被检索出来。 为了保证服务质量( q u a t yo fs e r v i c e ，q o s ) ，g l s 服务器必须使用高性能 的空间搜索算法。由于g i s 中的地理数据基本都是三维的，因此，现在主要使 用r t r e e 空间索引算法，而z b i t r e e 和数组哈希表方法也有着很好的性能。 此外，针对某些经常被查询的地理位置还要进行特殊的优化以进一步加快检 索速度。例如可以使用数据库存储过程，并且结合一些数据触发器。当某一个位 置被频繁检索时，这个位置可以被标记为热点位置( h o t s p o t ) 。与热点位嚣的附 近或者相关的信息( 包括位置信息，对应的物理位置 对于g i s 的地图视图，它的特点是非常直观，图4 2 为美国某一地区所有 a t m 和银行的地图。地图视图适用高端的移动设备，例如移动电脑和p d a 。当 用户使用此类设备时，a g e n t 可以将地图视图的数据从g i s 服务器带回给用户， 用户端利用系统提供的“表示服务”显示出地图数据。由于地图视图的直观性，它 可以对用户做出很好的导航服务。如图4 3 所示： 圈4 3p d a 显示立体地图 4 2a g e n th o s t i n g 服务器 a g e mh o 酬n g 服务器负责暂存移动a g e n t 。a g e n th o 酬n g 服务器可以是 m a 的d o c k i n g 系统。a g e n lh o 酬n g 服务器和移动设备之间使用“一对多”的映射 模型。当移动设备创建一个m a 后，如果由于某些原因，m a 无法到达目的地时， m a 就暂时驻留在a g e n th o s t j n g 服务器的a g e m 等待队列中，直至m a 的目的 设备重新连接到网上f 17 】【2 1 1 。 a g e n lh o s t i n g 服务器的软件体系如下： 浙江大学硕士学位论文：基于a g c m 的智能l b s 解决方案 及s p 服务器、g i s 服务器进行通信。 对于e l b s 系统，不需要部署额外的a g e n th o s t i n g 服务器，因为对a g e n t 服务器的要求并不高。现有网络中的路由器，交换机和工作站都可以作为a g e n t h o s t i n g 服务器，只需要在上述主机上安装m a s 和负责导航的s a 。因此a g e n t h o s t i n g 服务器便于部署。 4 3 传统订阅发布系统 订阅，发布系统( s u b s c r i b e p u b l i s hs y s t e m ，s u b p u b 系统) 是种使分布 式系统中的各个参与者能以订阅，发布的方式进行信息交换的中间件 ( m i d d l e w a r e ) 系统。订阅，发布系统的原型为订阅，发布模型( s u b s c n b e p u b l i s h m o d e l ，s u b p u bm o d e l ) 。在订阅，发布系统中，信息的生产者和消费者都为c l i e n t ； 负责保存订阅，发布信息的服务器为s e r v e r 。消息生产者和消费者之间交互的信 息称为事件( e v e n t ) 。生产者将需要公布于众的事件发送给订阅发布中间件。 消费者向订阅，发布中间件提交一个订阅条件( 订阅条件通常以谓词的形式出 现) ，表示消费者对系统中的哪些事件感兴趣。如果用户对某些事件不再感兴趣， 也可以取消已有的订阅( u n s u b s c r i b e ) 。订阅，发布系统可以保证将生产者发布 的事件及时可靠地发送给所有对其感兴趣的消费者。信息的生产者称为发布者 ( p u b l i s h e 0 ，信息的消费者称为订阅者( s u b s c r i b e r ) 。图4 5 为一个简单s u b p u b 模型 2 2 2 3 1 。 ， 、 n o t i 憎 s u b s c r i b e p u b l i s h “r x 浙江大学硕士学位论文：基于a g e n t 的智能l b s 解决方案 络系统，它可以将异构的软硬件系统有机地组织在一起。用户要事先订阅自己感 兴趣的信息，例如促销活动，商业广告，天气预报等。同时用户还要规定自己的 试阚条件，强在举一个事件甑试子：如果用户在订国系统中定义7 。当我在北京 扔场髓发送与岔绔旋游穆关詹愆。”这句话包含了订阅内容( 住宿旅游信息) 和订阅条件( 北京机场) 。 当订阅发布系统检测到有发布信息与订阅信息匹配时，就将发布消息以事件 的形式发送给用户( 在e - l b s 系统中事件传输的载体为m a ) 。 4 3 1z o i 模型 z o i ( z o n eo fi n t e r e s t ，兴趣区域) 在订阅，发布系统中是一个重要的概念， 它表示用户所关心的区域。当用户进入一个z 0 l 或者离开一个z o i 时，发布系 统要向用户发布一个事件。z o i 的定义必须精确，否则发布系统就会向用户发送 错误的或者冗余的事件。 z o l 可以使用不同模型来表示，一个直观的z o l 模型即为限制圈模型( c i r c l e b a n dm o d e l ，c b m ) 。c b m 以某个兴趣点( p o i n to fi n t e r e s t ，p 0 1 ) 为圆心， 以某个长度为半径来定义的z o i 。限制圈模型的优点是简单，从而便于实现，并 且可以满足一般的用户需要。但是它的缺点也很明显，即z o l 的定义过于粗糙， 在很多情况下都不能满足用户的需求。 z 0 l 的定义和实现与定位系统和g i s 系统的精度密切相关。只有在定位系统 和g i s 系统的精度同时达到一定的指标( 例如5 米) ，z o i 才能很好的实现。但 是，现在的大多数民用的定位系统和g i s 系统往往不能到达如此的精度。因此 本文提出一个新的z o i 定义方法一一z o i 小区模型，该方法在理论可以有效解决 现有问题。 g i s 系统的精度不高是因为g i s 关注的区域过大，例如燕个大洲或者整个国 家，这当然不能将g i s 的精度定义的很高，否则系统过于复杂。此外，对于某 个特殊的地点，g i s 无法定义室内的各种位置信息，这些室内系统对于l b s 系 统又是非常重要的。这对于采用订阅发布系统的l b s