（计算机软件与理论专业论文）大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究.pdf

摘要 随着信息技术的飞速发展，信息系统和服务越来越多，大量的产品和技术不 断涌现，对网络和系统的监测和管理变得越来越重要，要真正实现网络和系统的 各种功能，发挥其效益，就必须建立一套有效的网络管理监测系统。然而，由于 网络设备和系统的复杂性、异构性及用户网络的升级变动，传统的集中式网络管 理模式越来越表现出固有的缺陷。 基于s n m p 协议或基于分布式对象技术c o ；a 的分布式网络监测管理系 统，虽然从某种程度上实现了网络管理的可扩展性，但其管理逻辑是提前预定义 的，即是静态的。当网络发生变化时，网络监测系统因不能随着网络的变化动态 地进行变化和调整，因而不能对网络及时地进行跟踪检测。 另一方面，移动代理技术以其自身优良的特性在网络管理系统方面越来越受 到业界人士的关注。本文针对目前网络管理系统中存在的问题，首先简单介绍了 目前采用移动代理技术的网络管理系统的现状，分析了代理移动算法的不足之 处。在原有的基于移动代理的大型分布式网络管理系统的代理移动算法的基础 上，对其进行了改进，提出网络变化时自治分区内部代理不能自行解决而采取借 助其它分区的代理或与其它分区融合的办法。移动代理不属于任何一个特定的网 络节点，不论网络是否发生变化，它都能根据路由信息自动地计算出其最佳位置， 并进行自主移动。从而实现了移动代理的自治性、移动性和自适应性。而网络的 故障检测、拥塞控制等性能也因此得到较大的改善。 【关键字】移动代理，分布式网络管理，网络节点，路由表，自治性，自适应性 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd 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 ds e r v i c e sa n dt h e a p p e a r a n c e o fn e wn e t w o r k p r o d u c t s ，t h ei m p o r t a n c e o fe f f i e i e n tn e t w o r k m a n a g e m e n ts y s t e mi n c r e a s e s n o wn e t w o r ke q u i p m e n t sa n ds y s t e m sb e c o m em o r e c o m p l e xa n dc h a n g ef r e q u e n t l y , a n dt h e i rs t r u c t u r e sa r eg r e a t l yd i f f e r e n t a l lt h e s e m a k et h et r a d i t i o n a lc e n t r a l i z e dn e t w o r k m a n a g e m e n t o u to f d a t e d i s t r i b u t e dm o n i t o r i n gs y s t e m sb a s e do ne i t h e rm a n a g e m e n t p r o t o c o l ss u c ha s s n m po rd i s t r i b u t e do b j e c tt e c h n o l o g ys u c ha sc o r b ac a nc o p e 、i t hs c a l a b i l i t y p r o b l e m so n l yt oal i m i t e de x t e n t t h e ya r cn o tw e l ls u i t e dt os y s t e m st h a ta r eb o t h v e r yl a r g ea n dh i g h l yd y n a m i cb e c a u s et h em o n i t o r i n gl o g i c ，a l t h o u g hp o s s i b l y d i s t r i b u t e d ，i ss t a t i c a l l yp r e d e f m e d a td e s i g nt i m e o nt h eo t h e rh a n d ，m o b i l e a g e n tt e c h n o l o g y h a sb e e np a i dm o r oa t t e n t i o nt oi n t h ef i e l do fn e t w o r km a n a g e m e n tb e c a u s eo fi t s g o o dc h a r a c t e r i s t i c s t h i sp a p e r , f i r s t l y , m a k ea ni n t r o d u c t i o no f c u r r e n tn e t w o r k m a n a g e m e n t b a s e do nm o b i l e a g e n t t e c h n o l o g y ；, s e c o n d l y , i ta n a l y s e st h es h o r t a g eo ft h ee x i s t i n ga l g o r i t h mo fm o b i l e a g e n t sm o b i l i t ya n db d n gf o r w a r dab e t t e r e da l g o r i t h mt os o l v et h ep r o b l e mo f a g e n t s d e p l o y m e n ta n da d a p t a t i o n w h i l ea g e n te o u l d n tb ed e p l o y e di ni t sp a r t i t i o n e f f i c i e n t l y , t h i sp a r t i t i o nw i l lb ef i l s 酣w i t ho t h e rp a r t i t i o n si nt h en e t w o r kt or e d e p l o y t h ea g e n t t h u s ，a g e n t sa c ta sa r e am o n i t o r sn o tb o u n dt oa n y p a r t i c u l a rn e t w o r k n o d e t h a tc a n “s e n s e ”t h en e t w o r k ，e s t i m a t eb e t t e rl o c a t i o n s ，a n dm i g r a t ei no r d e rt op u r s u e 1 0 c a t i o no p t i m a l i t y k e y w o r d ：m o b i l ea g e n t ，d i s t r i b u t e dn e t w o r km a n a g e m e n t ，n e t w o r kn o d e ， r o u t e r t a b l e , a u t o n o m y , s e l f - a d a p t a b i l i t y 大型分布式网络管理系统中移动代理的穆动算法研究 1 1 研究背景 第一章前言 随着信息技术的飞速发展，信息系统和服务越来越多，大量的产品和技术不 断涌现对网络和系统的监测和管理变得越来越重要，要真正实现网络和系统的 各种功能，发挥其效益，就必须建立一套有效的网络监测管理系统。然而，由于 网络设备和系统的复杂性、异构性和用户网络的升级变动，直至今天网络管理系 统仍在不断的研究和发展中。出于早期网络设备有限的计算能力和存储能力，最 早采用的网络计算模式多是c s 结构，统一将计算转移到中央服务器。随着软硬 件技术的发展，网络设备已拥有强大的信息处理能力，其计算能力已不再是网络 计算的瓶颈，c s 模式越来越表现出固有的缺陷。 近几年来，随着一些分布式技术的发展，例如j a v a r m i ，c o r b a ，中间件 等技术的出现，以及硬件处理能力的增强，出现了基于分布式对象技术c o r b a 的分布式网络监测管理系统。它虽然从某种程度上实现了网络管理的可扩展性， 但其管理逻辑是提前预定义的，即是静态的。当网络发生变化时，网络监测系统 因不能随着网络的变化动态地进行变化和调整，因而不能对网络及时地进行跟踪 检测，致使整个系统崩溃甚至瘫痪。而移动代理技术的出现，以其自身优良的特 性在网络管理系统方面越来越受到业界人士的关注。 利用移动代理为应用系统提供分布式信息收集，性能监测，远程数据采集的 思想已经在许多文献中提到，但是移动代理的功能并没有得到最大的发挥。因为 移动代理在网络节点中的移动必须服从中心监测站点的统一调控，其本质仍然是 c l i e n t s e r v e r 模式，代理的移动并没有真正实现自主性，而是受制于中心监测站 点，也就是说，中心监测站点仍然要对整个网络中的每个节点进行管理，而并没 有实现真正意义上的由智能代理代为管理。所以这种管理模式本质上属于静态分 布式网络管理系统模式，虽然它实现了代理在网络中的移动。 1 2 研究目标 本文针对目前大型分布式网络管理中存在的问题，首先讲述了移动代理技术 的优点及其发展现状，并对采用移动代理技术的大型分布式网络的代理移动算法 做了分析和研究之后，对其进行了改进，使得该算法更完善，移动代理技术在网 络管理系统中得到进一步的发展，更能够适应大型和变化的网络，解决了网络的 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 异构性、可扩展性等问题，而移动代理的灵活性、自主性、自适应性得n t 充分 的发挥。该移动算法主要实现了以下几点： 1 移动代理能够根据路由信息，经过计算得出代理应该位于的最佳节点，并 将代理分派到这些最佳节点，对网络节点进行监测，从而实现网络的最佳 监测和管理。 2 当网络发生变化时，代理根据新的路由信息重新计算，然后分两种情况即 自治分区能够自行解决和不能够自行解决代理的分布，从而采取不同的算 法来计算出适合代理分布的最佳节点，并且将代理分派到这些节点。因此 实现了移动代理的自适应性。 而第二种情况，即分区内不能够自行解决代理分布所采取的算法是本文在原 有算法的基础上提出的改进之处。另外，为保持代理之间的通信，每个代理都设 有一个上级代理和一个或多个下级代理，当代理发生位置或其他变化时，上级代 理能够主动为不能自动计算的分区分派代理，是本文的又一改进之处。 随着互联网的飞速发展，信息服务呈爆炸式增长，对网络性能的要求越来越 高，这些都势必对网络的管理提出更严峻的考验。一方面，网络的中心监测站点 希望分派尽可能多的代理对网络中的节点进行管理，以达到对每个节点都能够进 行有效的管理；而另一方面，为了控制整个网络的拥塞情况，网络中心监测站点 又期望减少代理的数目，以便减少网络开销和拥塞。同时，移动代理运行时要执 行和资源控制、安全有关的操作，额外增加了网络负担，因此并不是代理数目越 多越好，而应该选择适当数目的代理才能对网络的监测管理达到最佳效果。 这就要求有一个比较好的方法，能够解决上述问题。本文中经过改进的移动 代理的分派和自适应算法正是满足了这一要求，移动代理能够实时地根据路由信 息计算代理的最佳驻留节点并进行相应的复制移动等操作。该算法既实现了对网 络的动态监测，同时也满足了代理位置的最佳选择和分配，使得代理的执行和移 动对网络造成的负担和开销降到最低。 1 3 本文主要章节和内容安排 本论文的章节和内容安排如下： 第一部分阐述了本文的研究背景、研究目标及内容安排； 第二部分简单介绍了传统网络管理系统的发展，从集中式管理模型、分布式 管理模型到分层式管理模型，提出了传统网络管理系统的不足： 第三部分则首先介绍了采用移动代理技术的大型分布式网络管理模型，然后 阐述了移动代理的定义、移动代理的一般结构。然后讲述了移动代理技术的优点， 简单列举了目前较有代表性的移动代理技术系统： 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 第四部分则首先提出以前采用移动代理技术的分布式网络管理的不足，指出 移动代理在网络节点中的移动必须服从中心监测站点的统一调控，其本质仍然是 c l i e n t s o r v o r 模式，代理的移动并没有真正实现自主性，所以这种管理模式本质 上属于静态分布式网络管理系统模式。然后详细阐述了一种改进的动态分派移动 代理的算法。网络发生变化时，移动代理进行计算，分为自治分区内部能够自行 解决和不能自行解决两种情况，从而采取不同韵处理办法。最后通过举例进一步 说明移动代理在大型分布式网络系统中的分布过程，以及当网络发生变化，移动 代理经过计算，能够自适应地移动到最佳位置。 第五部分对整个论文进行了总结，提出了本文仍有很多尚需改进的地方，指 出了今后移动代理在大型分布式网络管理系统中的发展方向。 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 第二章网络管理系统的发展 迄今为止，网络管理系统经历了几个大致的发展阶段：集中式管理一分布式 管理分层式管理基于移动代理的分布式管理。本章主要对前三种管理模式进行 简单介绍并讨论传统的网络管理平台系统的缺点。 2 1 传统网络管理系统的典型模型 2 1 1 集中式管理模型 传统的网络管理模型大多采用集中式模型。如图2 1 所示。一个管理者负责 整个网络的管理工作。该管理者处理被管网络单元的代理之间的通信，提供集中 式的决策支持和控制，以及维持管理者的管理数据库。这种方式的主要不足在于 当网络规模扩大或者结构复杂性增大时不能进行相应的扩充。 集中式模型中的管理者可以分为两个部分：管理平台和各种管理应用程序。 管理平台作为处理管理数据的第一级，主要涉及协议实现、信息收集、拓扑发现， 提供诸如监控、流量计算等关键管理服务，同时向管理应用程序提供数据处理报 告摘要。管理应用程序运行在数据处理的第二级，提供各种系统管理功能，处理 决策支持等比信息收集和简单计算更高级的功能。两部分通过公共应用程序接口 a p i 进行通信。 图2 1 集中式网络管理模型 这种模型的特点是具有较方便的系统维护性和扩展性，并简化了在异种机、 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 多厂商、多管理协议环境中综合程序的开发工作，异构性和协议复杂性只在平台 级处理，不必在每个应用程序中考虑。 2 1 2 分布式管理模型 分布式结构( 如图2 2 所示) 和管理域( 按照地域、组织和其他方式定义不 同的域) 的概念有关，并且系统中使用了一个以上的同等级的管理者。因为它是 根据每个域设置一个管理者的原理，很适用于多域的大型网络结构。当需要另一 个域的管理信息时，管理者通过域同级的系统通信来获取。l i po p e n v i e w 网络节 点管理器( n o d e m a n a g e r ) 和s u n n e t m a n a g e r ( s n m ) 就属于该模型。 图2 2 分布式网络管理模型 这种结构的特点是扩展性好，通过建立更多的管理域以及增加相应数量的管 理者就可以满足更多的性能要求和扩展性。 2 1 3 分层式管理模型 分层式管理结构也应用了在每个管理域中配置管理者的模式。每个域管理者 只负责本域的管理，不关心网络内其他域的情况。所有m o m ( 管理者的管理系 统m a n a g e ro f m a n a g e rs y s t e m ) 位于更高层次，从各域管理者获取管理信息。与 分布式系统不同的是域管理者之间并不通信。如图2 3 所示。 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 图2 3 分层式网络管理模型 2 2 传统的网络管理平台系统的缺点 网络管理的传统解决方案基于“网管平台应用程序”模式。在这种模 式中，网管平台实现网络所必需的一些基本功能。主要包括网管协议、数据采集、 拓扑发现及利用这些功能进行后续开发的应用编程接口( a p i ) 。真正意义的网 络管理任务由用户或第三方软件厂商提供的“应用程序”来完成。 由于要考虑对各种可能的应用需求提供支持，网络管理平台通常应具备丰富 的功能，此外还要具备开放性以适应开发平台的角色。m m 、s u n 、h p 这些硬 件方面极具实力的厂商开发的网管产品垄断着市场。 传统的基于平台的网络监控系统，通常是集中进行网络管理，即在网管中心 的网管工作站上由网管平台统一收集被管网络设备的有关信息，并将这些信息处 理后提交该管理者。管理者通过操作界面发出管理命令，经网络管理平台来管理 网络设备 1 ，2 】。这种管理方式存在的主要缺陷是： 网络管理平台缺少统一的标准： 使得不同的网管平台之间的互操作性差，网管平台对不同厂商的网络产品支 持和专用管理软件的集成存在困难。 用户界面不友好； 传统的网管系统大都运行在小型工作站上，管理操作采用命令驱动。非专业 人员难以完成。 集中式的网络管理，容易产生网络瓶颈。 大量的信息在网络上传输加重了网络负担，易产生瓶颈，对问题的反应不够 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 灵敏，管理规模上收到限制。 9 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 第三章基于移动代理技术的分布式网络管 理系统 目前采用的网络管理模式是一种基于c l i e n t s e r v e r 技术的集中式平台模式。 集中式网络管理一般由三个部分组成：一个或几个中心网管站点，用来监听和控 制各个网络单元；大量网络节点，即管理对象，每个节点上运行用来监听和收集 数据的处理程序；网络管理协议，用来在中心网管站点和网络节点之间传送相关 信息。 中心管理站点负责收集分析所有网络节点的状态信息，并进行相应的管理， 造成中心网管站点负载过重，未能充分发挥网络分布式计算的资源优势：同时所 有网络管理数据都必须传送给中心网管站点分析处理，从而在管理者端形成通信 瓶颈；另外每个网络节点上的处理程序都是预定义的，具有固定的功能，不利于 扩展。因此集中式管理模式只对那些分布式控制要求较低，信息传输量少，功能 比较固定的应用比较适合。随着网络技术和网络规模，尤其是因特网的快速发展， 集中式管理模式在其可扩展性、可靠性、有效性和灵活性等方面的局限性，已经 不能适应现代网络发展的要求，因此必须探求一种新的更先进、更有效的网络管 理模式。 现代的通信环境中，网络异构性和分布性越来越强，这种多样性要求网络管 理者具备更多的知识和不断的培训。近来，基于分布式对象技术如c o r b a ， j a v a r m i 等已经在网络管理系统中广泛研究 3 】。管理多种网络需要从网络中收 集大量的数据，这些数据必须在管理之前进行分析，同时对网络的可靠性和服务 质量的需求也在不断增加，这些挑战促使人们寻求新的管理技术。而移动代理技 术在现有技术中最适合解决网络拥塞、可扩展性等问题，从而激发了人们对移动 代理在网络管理系统中的应用进行研究 4 ，5 ，6 ，7 】。移动代理的出现为分布式网络 管理的发展提供了新的契机。 3 1 基于移动代理技术的分布式网络管理系统 基于移动代理技术的大型分布式网络管理和监测系统( 如图3 1 所示) 能够 利用移动代理的特点进行远程信息检索、数据关联及控制功能等【8 ，9 】。 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 图3 1 基于移动代理的管理模型 移动代理技术作为新兴的技术领域，在网络管理、电子商务、信息检索等方 面有着很好的应用前景。利用移动代理的网络管理具有分布、灵活、易扩展和容 错等特性，能克服集中式管理的主要缺陷。 采用移动代理思想，将管理处理封装在代理中，需要时发送到网络节点中， 代理执行过程中在各个节点迁移、收集、处理需要的数据或执行相应的动作，这 样管理任务被分布到各个设备中，负载得到平衡。将处理更靠近数据，可以减少 网络中信息传输，提高对紧急情况的快速反应能力。代理不再只是完成固定的任 务，它们的功能可以在运行时进行动态的重配置，增强了网络管理系统的灵活性。 将移动代理思想集成到多代理系统结构中，使代理与代理，代理与用户之间 能够相互通信和协调，协作完成管理功能，实现网络管理一定程度的自动化。具 有智能的代理能够处理网络的不确定信息，适应不断变化的网络状态，根据已知 的信息和知识做出推理和决策，对网络进行控制，并能预测网络状态的变化，提 前采取行为以避免问题的出现，具有智能性使代理可以完成更有效的管理工作。 移动代理使网络管理分布化和智能化，解决现有网络管理模式中存在的一些问 题，这正是网络管理所期望达到的目标。 3 1 1 移动代理的定义 移动代理是代码、数据以及执行语境的软件包。它可以在执行过程中，有目 的地、自治地在网络中从一个节点移动到另一个节点，利用与各节点资源局部交 互而完成分布任务的软件实体【1 0 】。 大型分布式嘲络管理系统中移动代理的移动算法研究 移动代理有两个特点：移动性( m o b i l i t y ) 和自主性( a u t o n o m y ) 1 1 】。移 动性是移动代理区别于一般代理的标志。移动代理的移动一般是在异质主机上的 持续移动。由于移动代理会在运动状态下挂起、移动，然后继续运行，因此移动 的对象除了程序外，还必须有代理的当前运行状态信息和相应的数据。移动代理 的特点之二是自主性。移动代理能在没有人或其他代理直接干涉和指导的情况下 持续运行，并能控制其内部状态和动作。代理的移动一般是由代理自主决定进行 的。 3 1 2 移动代理的一般结构 不同的移动代理体系结构各不相同，但几乎所有的移动代理系统都包括如下 两部分：移动代理运行环境m a e ( m o b i l ea g e n te n v i r o n m e n t ) ，移动代理m a ( m o b i l e a g e n t ) 1 2 1 。 在使用移动代理的网络管理系统中，每个网管应用由一个或多个移动代理组 成，移动代理从网管工作站或者从移动代理服务器中迁移到支持移动代理的被管 设备中进行工作，迁移时遵守移动代理缓冲协议m a c p ( m o b i l ea g e n tb a s e d c a c h i n gp r o t o c 0 1 ) 。 由于移动代理可在网络节点之间自主移动，网络节点要支持移动代理必须安 装有移动代理的执行环境m a e ，为代理提供安全、正确的运行环境，实现移动 代理的移动、执行状态的建立、启动、实施的约束机制、容错策略、安全控制、 通信机制，并提供基本的服务模块，如：事件服务、事务服务和域名服务等。移 动代理运行环境称为场所( s p a c e ) ，维护代理运行的上下文。在场所上，移动代理 实例化来执行管理任务。 一个主机可以有一个或多个移动代理执行环境，个移动代理执行环境可以 有多个场所，对于不支持移动代理的网络节点，可以设置p r o x y 节点来进行消息 转换。移动代理的执行环境如图3 2 所示。其中： 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 。移动代理代理实例口本地资源 图3 2 远程主机上的移动代理执行环境 通信模块：提供了基本的传输服务，面向网络传送和接收数据。 安全模块：提供身份验证、访问控制和加密等安全服务。它包括对移动代理 和移动代理执行环境两方面的安全保护和合法性检查。 迁移模块：用于控制发送和接受移动代理。当移动代理需要迁移到其他节点 时，迁移模块负责收集移动代理的当前信息，同时由安全模块对移动代理进行加 密，接着使用通信模块将移动代理发送到目的地。接受过程是发送过程的逆过程。 资源访问模块：提供移动代理访问本地资源的控制机制，根据安全模块的处 理结果向移动代理授予不同的访问权限。 移动代理管理模块：提供了移动代理的管理服务，包括移动代理的生命周期 跟踪、移动代理状态的保存和恢复以及移动代理的标识等。 移动代理的主要作用是完成用户指定的任务，需要实现移动语义( 即目标主 机或路由的选择) 、安全机制( 保护自身) 、与外界( 移动代理运行环境以及其它 代理) 的通信功能等。 移动代理可以从一个移动代理执行环境移动到另一个移动代理执行环境，在 移动代理执行环境中运行，并通过代理通信语言a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o n l a n g u a g e ) 与其他移动代理通信或访问m a e 提供的服务。 在移动代理系统中往往还存在着一种特殊的代理，叫做服务代理s a ( s e r v i c e a g e n t ) 。服务代理不具有移动的能力，其主要功能是向本地的代理或来访的移动 代理提供服务。通常，一个m a e 驻有多个服务代理，分别提供不同的服务，如 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 文件服务( f i l es 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 ) 等系统级服务，订票 服务( o r d e rs e r v i c e ) ，数据库服务( d a t a b a s es e r v i c e ) 等应用级服务。 3 2 移动代理技术的优点 和传统的分布式计算模型相比，移动代理的移动性和自治性带来了许多优 点，采用移动代理技术可以得到许多好处 1 3 1 。 节约网络带宽：移动代理直接在数据端执行处理，和客户端没有中间数据结 果的传递，只返回最后的结果。因而，在要处理的数据量特别大、网络带宽 不足的情况下，移动代理可以有效地节约网络带宽。 提供实时的远程交互：在一些远程监控系统中，如外太空探测器的控制，网 络的时延使得远程实时变得非常困难，发送代理程序实行远端的本地控制可 以解决该问题。 支持离线计算：用户派遣出代理程序后，可以断开网络连接，而代理将在网 络上自主运行。代理完成任务后，当它发现用户设备重新连上网络时，就返 回计算结果。 实现载荷卸载：对于一些计算能力弱的设备，如个人数字助理，可以把计算 转化成移动代理程序，发送到计算能力强的设备上进行计算。 提供定制化服务：使用移动代理，客户端可以根据服务器端提供的底层操作 函数，编写满足自己特定需要的服务程序，然后发送到服务器端运行。这种 方式增加了分布式应用的伸缩性。 易于分发服务：在采用移动代理技术的分布式应用中，服务的更改变得非常 简单，比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，用不着人力去一个个节点安装。 增加应用的强壮性：移动代理的工作方式减少了应用对网络连接可靠性的要 求，它的自主性又使它具备对环境的反应能力，因此能建立更容错的分布式 系统。 - 提供平台无关性：移动代理程序是跨平台运行的，移动代理应用编程不存在 程序的移植问题，便于应用的快速开发。 提供更自然的电子商务模式：用移动代理代表用户参与电子交易，买家可在 网上自由寻找卖家，查询商品种类，商谈价格，卖家也可以自动上门向买家 推荐商品，两者的交流可以采用自定义的协议，交易的方式很自然。 移动代理的这些优点使得它有重大的应用价值，它的应用范围包括：电子商 务、个人软件助理、分布式信息检索、电信网络服务、监视和通告、信息发 布、移动设备计算、网络管理、并行任务求解、工作流管理和协作、动态网 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 络等。 必须指出的是，上述的优点并不是移动代理技术所特有的，除了远程实时交 互外，其余几点用传统方法也可以实现，但唯有移动代理技术提供了一个能满足 全部要求的体系结构。 3 3 目前较有代表性的移动代理系统简介 移动代理技术是一个崭新的技术领域，虽然它的提出和发展时间都比较短， 但是受到了许多研究机构的重视，特别是j a v a 的出现，使得移动代理技术有了 较大的发展，这里介绍基于j a v a 的移动代理系统：a r a , a g l e t s ，o d y s s e y , c o n c o r d i a ， v o y a g e r , m o g e n t 和a g e n t t c l 。 a r a a f a r l 4 是移动代理的运行平台，它致力于把移动编程和当前的编程实践无 缝连接，即尽可能用现有的编程模型或语言来实现程序移动。为此，a r a 系统提 供了一个核心( c o r e ) ，它直接运行在未经任何修改的操作系统上。核心之上是 一个多语言的解释器。a r a 移动代理是一个能根据自己的选择移动的程序，其执 行不需要外部的干涉。代理可以用t e l ，c 圮+ + ，j a v a 等语言编写，把c 语言预 编译成可移动的m a c e ( m o b i l e a g e n t c o d ee n v i r o n m e n t ) 解释字节码，然后在 m a c e 解释器中运行。a r a 的核心只提供一些最基本的服务，如资源管理、移动 性、安全性等，一些高层服务则由专门的服务代理提供。服务代理是静态编译的 对象，分布在网络节点上。 在任何状态下，a r a 代理的移动只需调用一个g o 指令。代理在创建时，被 赋予全局a l l o w a n c e ，它用来限制a g e n t 的行为。a g e n t 移动后必须进入叫p l a c e 的虚拟位置。一个p l a c e 如果接受a g e n t ，它将赋予a g e n t 一个本地的a l l o w a n c e ， 它是一个系统资源访问权限向量，进一步对a g e n t 行为进行限制。在同一p l a c e 中，a g e n t 问的通信采用一种类似c l i e n t s e r v e r 方式的消息交换。核心为此提供 服务节点的概念，一个a g e n t 可以用广播的方式公布服务点，扮演服务a g e n t 的角色，其他的a g e n t 则以客户a g e n t 的身份和它交互。 和其他语言系统不同的是整个a r a 系统运行时是一个多线程的进程，迁移到 系统内的a g e n t 也以线程的方式进行。这种方式有利于提高系统效率。 t e l e s c f i p t t e l e s e r i p t 1 5 i 虫g e n e r a lm a g i c 公司开发，是第一个商品化的m a s ，首次应 用于a t & t 公司的p e r s o n a l l i n k 网络中。它是一个与平台无关的系统，包括面向 对象的移动代理语言及解释器。在t e l e s e r i p t 中，每个网络节点运行一个服务器， 管理着一个或多个虚拟的p l a c e ，也即代理运行环境。a g e n t 用g o 命令来使自己 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 移动，在进入p l a c e 前，a g e n t 要向p l a c e 提供加密证书，并被分配移动的权限。 a g e n t 用l r x e e t 指令和同一p l a c e 中的a g e n t 交互，用c o n n e c t 指令和不同p l a c e 中的奠。g c n t 进行会话。t e l e s c n p t 还提供基于设备的验证手段和复杂的授权策略 从技术角度讲，t c l c s c r i p t 已经是一个非常完整的移动代理系统，它的缺点 是消耗计算机资源太多，而且比较昂贵。随着基于j a v a 的m a s 出现，它已经没 有了生命力。 在t e l e s c r i p t 之后，g e n e r a lm a g i c 公司开发了纯j a v a 版的移动代理系统 o d y s s e y 。o d y s s e y 扩展了j a v a 的r m i ，提供了对c o r b a 的f l o p 和微软的d c o m 的支持，是基于j a v a 的移动代理系统中唯一支持各种传输机制的系统。 d a g e n t d a g e n t 1 5 是由d a r t m o u t h 大学开发的移动代理系统，以前称为a g e n t t c l 1 6 。d a g e n t 有类似t e l e s c r i p t 的服务器类型，它和a r a 一样支持多语言， 目前支持t e l ，l a v a 和s c h e m e 。它的体系结构可分为5 层：最低层实现传送机制 的a p i 。第二层是运行在各个网络节点的服务器，负责a g e n t 的管理和状态俘获、 移动、通信和a g e n t 的备份等功能一些高层的服务如资源目录、网络监测、位 置无关命名、高层通信、访问控制等由其他a g c m 提供。其中最重要的是资源管 理器a g e n t 。体系结构的第三层是一个和语言无关的核心层，它在服务器的协同 下，实现a g e n t 的操作命令，如a g e n t 在服务器中注册或注销( b e g i na n de n d ) 、 移动( j u m p ) 、发送或接受消息( s e n d a n d r e c e i v e ) 、查询其他a g e n t 的状态( s t a t u s ) 等。第四层是语言解释器，每一种支持语言各有一个解释器。每个解释器有四个 组成部分：解释器本身、安全模块、状态模块及与核心的接口。安全模块的作用 是确保a g e n t 不违反资源管理器规定的访问限制。状态模块向核心提供俘获和恢 复a g e n t 内部状态的函数。在a r a 中，a g e n t 作为线程运行，由解释器调度时序 和利用核心提供的函数来分配内存和访问操作系统。每种语言实现自己的安全访 问模块。这种方法的好处是对标准解释器的修改不多，只需增加状态俘获函数， 因此易于随着标准解释器版本升级。但随着支持语言的增多，解释器的工作量很 大，不如a r a 易于实现。 d a g e n t 提供两个层次的通信机制，低层的通信包括消息队列、字节流。高 层的通信如r m i 则建立在a g e n t 层次上，由通信服务a g e n t 提供。 a g l e t a g l c t 1 7 是最早开发的基于j a v a 的移动代理系统，也是最受欢迎的移动 代理系统。它的设计非常简洁，仅仅追寻j a v a 模型。a g l e t 移动代理被视为一个 移动的j a v a 对象。一个a g e n t 包含核, 5 , ( c o r e ) 、代理( p r o x y ) 、路由计划( i t i n e r a r y ) 和全球统一的标识符( i d e n t i t i e r ) 。核心拥有a g e n t 所有的内部变量和方法，并 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 提供它与环境交互的接i l l 。p r o x y 则封装了核心，防止对a g e n t 私有方法的直接 读取。在a g e n t 系统中，c o n t e x t 是a g e n t 工作场所，它是一个静态对象，维护 和管理a g e n t 的运行并保护主机系统不受恶意a g e n t 的攻击。 a g l e t 对象支持的行为包括创建( c r e a t i o n ) 、克隆( c l o n i n g ) 、派遣 ( d i s p a t c h i n g ) 、回收( r e 拄a c t i o n ) 、挂起( d e a c t i v a t i o n ) 、激活( a c t i v a t i o n ) 、终 结( d i s p o s a lo f ) 和消息传递( m e s s a g i n g ) 。克隆将产生一个除标识符外和原a g e n t 完全一样的对象。a g l e t 模型采用事件驱动方式。当一个a g e n t 要移动时，它将 调用d i s p a t c h 方法。a g l e t 系统通过代理传送协议( a t p ) 把a g e n t 传送到目的 地，每个a g e n t 由全局独一无二的名字。a g e n t 在迁移过程中并不去俘获自身线 程的状态，因此它到达目的地后将从特定的入口点开始重新运行程序。a g l e t 的 移动代理模型提供的是一个简单的框架结构，开发者可重写预定义的方法来增加 所需的功能。 a g l c t 利用一个消息类密封代理件的消息交换，它提供同步或异步的消息传 递。它采用白板支持多a g e n t 间协作和信息共享。a g l e t 模型还提供一个简单的 持久化工具。允许代理把自身代码和状态写入辅助的存储设备。a g l e t 安全模型 建立在标准的j a v a 安全机制之上。通过访问权限的限制来保护主机和代理免受 恶意攻击，其规则和d a g e n t ，a m 等系统相似。 c o n c o r d i a c o n c o r d i a 1 8 ：也是基于j a v a 的移动代理系统。在每个网络节点上，c o n c o r d i a 都有一个运行在j a v a 虚拟机上的服务器，它是一些称之为管理器的服务组件集 合，负责a g e n t 的移动、持久性、安全、通信等事项，是a g e n t 执行任务的环境。 在一个c o n c o r d i a 系统中，通常还单独存在一个叫a d m i n i s t r a t o r 的管理组件，能 对系统内的多个服务器进行远程集中管理，如启动或关闭服务器内的某个组件， 它还通过整个网络对a g e n t 进行监控，保留a g e n t 和系统的统计数据。 c o n e o r d i a 非常注重系统的安全和容错性，提供了比较丰富的安全管理手段。 它的安全模型支持三种保护：a g e n t 存储保护、a g e n t 传送保护和服务器资源保 护。a g e n t 存储保护采用加密办法对a g e n t 的备份加以保护。a g e n t 传送保护利 用数字证书来进行用户鉴别，传送时对a g e n t 进行加密，通过对称密钥交换来验 证a g e n t 的发送者和接受者。资源保护则建立在对j a v a 安全模型的扩展之上。 c o n c o r d i a 对a g e n t 的权限限制主要是根据使用者决定，这是它和a g l e t ，o d y s s e y 等系统的一个区别。 c o n c o r d i a 的通信利用现有的t c p i p 通信服务。在a g e n t 发送过程中，队列 管理器( q u e u em a n a g e r ) 将把它保存在本地的消息队列中直到确认被目的主机接 收 大型分布式网络管理系统中移动代理的移动算法研究 t a c ：o m a t a c o m a 1 5 1 ( t r o m s a n dc o r n e l lm o v i n ga g e n t s ) 的第一个原型系统1 9 9 4 年就完成了，迄今已发布了4 个版本。t a c o m a 关注于操作系统对移动代理的 支持。移动代理可用c ，t e l ，p e r l ，p y t h o n ，v b ，s c h e m e 等编写，能运行在w i n d o w s 平台和多数u n i x 平台上，是己知系统中支持语言种类和平台最多的系统。 t a c o m a 提出了公文包、文件夹、文件柜等抽象概念作为o s 的扩充。和 其他移动代理系统不同的是，它没有提供状态俘获功能。当a g e n t 要迁移到新的 机器中去时，a g e n t 创建一个f o l d e r ，然后该f o l d e r 移往新的机器。到达目的地 后，在一个特定的入i = i 点重新运行a g e n t 。不提供状态俘获功能的好处是可以快 速集成新的语言到t a c o m a 系统中，因为几乎用不着改动现成的解释器或虚拟 机。但给编程人员增添了麻烦，因为编程者必须明确规定要传送的程序状态信息。 t a c o m a 用m t 命令来实现a g e n t 间通信。在m e e t 过程中，客户a g e n t 向服务a g e n t 发送一个有请求内容的公文包，服务a g e n t 则回应一个有结果的 f o l d e r 。t a c o m a 的高层服务都由其他的a g e n t 提供。 在t a c o m a 已发布的版本中，它的安全机制非常脆弱，它的开发者目前正 在解决系统的容错、安全性等问题 m o l e m o l e 1 9 是德国s t u t t g a r t 大学开发的基于j a v a 的移动代理系统。模型的主要 概念是代理和场所( p l a c e ) 。代理分为移动代理和系统代理两种。移动代理是一 个封闭的j a v a 对象集合，不引用外部对象，这有利于简化代理的传递机制。移 动代理是多线程的实体，每个代理都有一个独一无二的标识符。系统代理是静态 代理，向移动代理提供各种服务，如资源访问、目录服务等。p l a c e 是移动代理 的驻留场所，一个节点可以有多个p l a c e 。 在m o l e 中，代理间的可靠通信机制由所谓的c o m 对象实现，c o m 对象包 括r m i 对象和m e s s a g e 对象两种。通信双方代理间采用r m i 对象通信，移动代 理和服务代理用m e s s a g i n g 对象通信。但在同组的匿名a g e n t 间的通信则采用了 o m g 的时间模型( e v e n tm o d e l ) 。 m o l e 的移动代理通过和系统代理交互完成任务，移动代理只能和主机或其 它代理通信而没有直接访问资源的权限。一个p l a c e 也可以限制进入它的a g e n t 类型。值得一提的是，m o l e 研究人员在对如何保护a g e n t 不受主机的恶意攻击 进行研究。 v o y a g e r v o y a g