（计算机应用技术专业论文）基于移动agent的前磁信息集散式处理机制研究.pdf

基于移动a g e n t 的前磁信息集散式处理机制研究 摘要 随着油田勘探开发事业的快速发展，对前磁资料的获取，存储，管理，研究是油田勘探开发过 程中必不可少的基础工作，前磁资料的管理也将由单井资料管理向全油田资料管理发展。油田分布 式数据库技术的应用和推广，对前磁信息分布式数据服务的效率和数据传输控制提出了更高层次的 要求。移动a g e n t 技术是为解决复杂、动态、分布式智能应用而提出的一种全新的分布式计算手段， 包含对移动a g e n t 的迁移、运作、协商等动作的定义和规范，它的提出是计算机软件技术的又一次 变革。 移动a 龄n t 作为软件a g e n t 中的重要一类，它的移动性、自治性、主动性、协作性、智能性等 特性为网络计算和分布式系统处理带来了新的方法。随着移动a g e n t 技术和分布式数据处理研究的 深入，将两种动态性的技术结合使用，利用移动 g e n t 的动态特性来解决油田分布式数据处理的动 态数据拥塞问题。 本文研究了基于集散式移动a g e n t 模型的前磁信息处理系统。通过对移动a g e n t 技术、移动a g e n t 的结构以及形式化描述手段进行了深入研究，采用了集散式移动a g e n t 模犁来处理分布式数据。该 模型中存在两类移动a g e n t ，分别是集中移动a g e n t 和分散移动a g e n t ，前者只能进行“物理移动”， 而后者只能进行“虚拟移动”，并接受前者提供的一系列服务。该模型区分使用a g e n t 移动性和a g e n t 问直接通信能力的场合，节省了网络资源。并利用“移动灰箱”演算对该模型进行了形式化描述，并 对模型的行为进行了推演，规范和简化了移动a g e n t 系统的设计。最后利用面向a g e n t 的程序设计 规范，通过多a g e n t 平台a g e n t b u 叫e f 和移动a g e m 平台i b m a o e t 设计了一个原型系统，证明了该 模型的可行性以及在解决前磁信息分布式数据库存取方面具有的优势。 关键词：移动a g e n t ：集散式移动a g e n t 模璎；前磁信息；移动灰箱 a 西e t n m o b i l e a g e n t b a s e dc e n t r a l i z e d - d i s p e r s i v ep r o c e s s i n gm e c h a n i s m a p p l i e d i nt h er e s e a r c ho fp r e m a g n e t i ci n f o r m a t i o n a b s t r a c t i ti sa b s o l u t e l yn e c e s s a r i l yb a s i cj o bt oo b t a i n ，s t o r e ，m a n a g ea n ds t u d yt h ei n f o r m a t i o no fp r e m a g u e t i c i nt h ep r o c e s so fe x p l o r a t o r yd e v e l o p m e n ti no i lf i e l d t h em a n a g e m e n to fi n f o r m a t i o nw i l lb et u mt ot h e m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ni ne n t i r e l yo nf i e l df r o mt h es i n g l e w e l ld o c u m e n tw i t ht h ee v o l u t i o no f e x p l o r a t o r yd e v e l o p m e n ti n o i lf i e l d t h ea p p l i c a t i o na n dt h ep r o m o t i o no ft h eo i lf i e l dd i s t r i b u t e d d a t a h a e e t e c h n o l o g y , a d v a c e st h eh i g h e rl e v e lr e q u e s tt ot h ed a t a s e r v i c e e f f i c i e n c ya n d t h ed a t a t r a n s m i s s i o nc o n t r 0 1 o ft h ep r e m a g n e t i ci n f o r m a t i o n m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi sac o m p u t e rs o f t w a r e t e c h n o l o g yt r a n s f o r m a t i o n , w h i c hi sp r o p o s e do n eb r a n d - n e wd i s t r i b u t e dc o m p u t i n gm e t h o df o rt h es o l u t i o n w h i c h ，c o m p l e x ，d y m a n i c , t h ed i s t r i b u t i o n a li n t e l l i g e n ta p p l i c a t i o n , c o n t a i n s t ot h ed e f m i t i o n sa n d r e g u l a t i o n sa b o u tm o b i l ea g e n tm i g r a t i o n ，o p e r a t i o n , c o n s u l t a t i o n a sa ni m p o r t a n tt y p eo fs o f i w 鲫ea g e n t s m 0 b i l ea g e n th a ss o m ek e yf e a t u r e sl i k em o b l l i t y , a n m n o m y , p r o - a c t i v i t y , c o l l a b o r a t i o n ，a n di n t e l l i g e n c e ，w h i c hw i l lg i v es o m en e wm e a n st ot h ed i s t r i b u t e d c o m p u t i n g w i t ht h ed e e pr e s e a r c ho fm o b i l ea g e n tt e c h n i q u ea n dh a n d i n gd i s t r i b u t e ds y s t e m , w ep u tb o t h t h ed y n a m i ct e c h n i q u et o g e t h e r , u s i n gt h em o b i l i t yo fm o b i l ea g e n tt os o l v et h ed y n a m i cp r o b l e mi n h a n d i n gd i s t r i b u t e ds y s t e ma n da c h i e v i n gag r e a t ed e a lr e s e a r c hf i n d i n g s t h ep a p e ra n a l y s e sm o b i l ea g e n t - b a s e dc e n t r a l i z e d - d i s p e r s i v ep r o c e s s i n gm e c h a n i s ma p p l i e di nt h e r e s e a r c ho fp r e m a g u e t i ci n f o r m a t i o n i tm a d ead e e ps t u d ya tt h em o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y , i n c l u d i n g e s p e c i a l l yt h em o b i l ea g e n ts t r u c t u r ea n dt h ef o r m a l i z e dd e s c r i p t i o nm e a n so fm o b i l ea g e n ts y s t e m s t 1 l c d a p e rt h e ni n n o v a t i v e l yr a i s e dam o d e lc a l l e dt h ec e n t r a l i z e d d i s p e r s i v em o b i l ea g e n tm o d e l 1 nt l l i s m o d e l ，t h ep a p e rd e f i n e dt w od i f f e r e n tt y p e so fm o b i l ea g e n t ，w h i c ha r ec e n t r a l i z e da g e n ta n dd i s p e r s i v e a g e n t t h ef o r m e ro n ec a no n l ym o v ep h y s i c a l l y , w h i l et h el a t t e ro n ec a nm o v ev i r t u a l l ya n dr e c e i v e s e r v i c e sp r o v i d e db yt h ef o r m e ro n e t h em o d e ls t r i c t l yd i s t i n g u i s h e st h es i t u a t i o n sw h e nu s i n gm o b i l i t yo r u s i n gd i r e c tc o m m u n i c a t i o n e m p h a s i z e st h ei m p o r t a n c eo fm o b i l i t yi nm o b i l e - a g e n t - b a s e ds y s t e m s 1 1 i e m o d e lc a ns a v et h en e t w o r kr e s o u r c e sa n ds i r e i p l i f yt h ed e s i g no fm o b i l ea g e n ts y s t e m s n ep a p e ru s e d t h em o b i l ea m b i e n tc a l c u l u st of o r m a l l yd e s c r i b et h em o d e la n dr e a s o nt h eb e h a v i o r so ft h em o d e l ，a n d m a d et h ed e s i g no fm o b i l ea g e n ts y s t e m sb e c o m es t a n d a r d i z e da n dc o n v e n i e n t a tl e n g t h ，w ec a r r yo u ta p r o t o t y p es y s t e mo ni b ma g l e to fm o b i l ea g e n t o s i n gt h ec r i t e r i o no fp r o g r a m m e ro fa g e n t ，a n dp r o v et h e a d v a n t a g eo ft h em o b e li nf e a s i b i l i t y , m o b i l i t y , c o r r e c t n e s sa n dt h ea d v a n t a g eo fs o l v i n ga c c e s sd a t a b a s ei n t h ep r e m a g n e t i ci n f o r m a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：m o b i l ea g e n t ；c e n t r a l i z e d d i s p e r s i v em o b i l ea g e n tm o d e l ；p r e m a g n e t i ci n f o r m a t i o n ； m o b i l ea m b i e n t ；a g i e t j i i 学位论文独创性声明 本人所呈交的学位论文是我在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的研 究成果据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发 表或撰写过的研究成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确说明并表示谢意 作者签名： 学位论文使用授权声明 日期：趁塑：三：! 本人完全了解大庆石油学院有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论 文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版有权将学位论文用于非 赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阕。有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后 适用本规定 导师签名： 日期： 卵1 渤k 白岬 0 了 创新点摘要 本文创新点如下： 1 为了避免“物理移动”和“虚拟移动”两个概念混淆，本文采_ 】移动灰箱演算这种用来形式化描 述移动a g e n t 系统的工具，建立集散式移动a g e n t 模型。建立一个油田前磁信息集散式移动a g e n t 模型。该模型通过移动a g e n t 系统的移动特性和使用a g e n t 同直接通信能力达成目标的不同场合， 对实体的直接通信能力进行了限制，并根据“物理移动”和“虚拟移动”来区分移动a g e n t ，从而简化了 移动a g e n t 系统的建模与设计。 2 针对油田前磁信息管理分布式数据库中数据存取会造成网络拥塞的问题，本文应用上述集散 式移动a g e n t 模型来解决。前磁信息的分布式数据库读取过程采用集中移动a g e n t 和分散移动a g e n t 。 其中集中移动a g e n t 固定不动完成信息处理功能，分散移动a g e n t 移动到数据库完成对前磁信息的 存取操作，并以多a g e n t 开发工具a g e n t b u i l d e r 和移动a g e n t 平台的i b m a g l e t 为基础，设计了基于 移动a g e n t 前磁信息集散式处理系统。 i v 大庆石油学院硕l ：研究生学位论文 引言 前磁曲线是通过专业测井方法所获得的油水井井身结构中的套管接箍数据，主要用 于确定套管或钻杆接箍的深度，是油水井针对油层的各类作业施工时，实施下井仪器、 设备或工具精确定位的绝对参照依据，在地层校深、射孔定位等方面都有着独特的作用。 前磁资料的保存管理对于油田开发具有十分重要的意义。 为进一步提升油田前磁信息处理水平，以适应油田数字化发展的需要，这个数据处 理系统不仅具有前磁综合信息平台的智能、动态的信息处理能力，而且可以对环境变化 做出相应的实时反映来适应不断变化的i n t e r a c t 环境，方便地实现这些资源的查询、导 出、信息共享和交流，甚至可以作为专家系统的基本数据库，为将来实现全自动的数据 分析做好准备。 油田网络是一个分布式系统，统一标准化存储的前磁数据存储在o r a c l e 中，这些数 据库分布在油田网络的不同采油厂节点上，网络中的每个节点可以场地自治。但如何高 效快速的读取其他节点的分布式数据库的前磁数据成为亟需解决的问题。在分布式系统 中，通信机制由最初的消息传递【1 l 发展到采用c s 结构进行基于消息传递的同步远程过 程调用r p c i “。然而，有两个原因造成了分布式数据使用r p c 机制越来越显得有局限： 各种远程应用数量以及网上信息的急剧增多使得站点问的通信量大增，同时也极大的消 耗着网络的带宽：由于有着多种多样的计算设备连入互联网，以及不同的联网方式、平 台的异构性，使用r p c 方式显得很不灵活、难以适应这些情况1 3 一。 传统的分布式系统中的客户端，必须与每个所需服务器进行同步远程通信，通信过 程中客户端必须与服务器始终保持连接，来回移动数据并且每次都阻塞以等待响应，不 但增加了网络流量，也加重了系统性能对网络延迟的依赖性，并且在代码运行过程中始 终要保持客户和服务器之间的连接，这在很大程度上限制了他的应用。特别是在分布式 系统的环境下，网络一般是低带宽连接，并且时断时通，用传统技术很难实现。 在油田前磁信息系统中，如果分布式数据库查询采用r p c 方式，那么对于每一个 任务都必须有一对进程进行许多次的信息交换。用户要在数据库查询客户端上搜索某个 部门的特定数据字段，需要输入并提交搜索条件。此时用户的客户端与中心数据库服务 器通信，中心数据库服务器同时又与所查询部门数据库服务器通信，中心数据库服务器 最终把搜索的结果返回给用户查询客户端。如果第一次查询的范围太大，用户可以在第 一次的查询结果基础上进一步限定条件做第二次甚至更多次的查询，直到结果令他满意 为止。在这个过程中，客户机与服务器之日j 发生了很多的消息传递。当应用程序的大小 和需要传递的数掘量变得很大，并且大量的数据是分布式存放的，这种基于消息传递的 分布式计算结构就会变得效率低下。对于每一个查询，可能需要一个数据库客户机与许 多个数据库服务器进行通信，数据库服务器再把许多中间结果传给数据库客户机。如果 连接数据库服务器的客户机足够多，那么网络资源会被大量占用。另外，数据格式、服 引言 务器平台、网络协议等的异构性要求整个系统使用复杂的通信方案，这样就为开发和部 署这样的应用系统带来了极大的困难，系统的模型也相应变的复杂庞大。 移动a g e n t 是能在异构网络中自主的从一台主机移动到另一台主机的一段程序，可 以同本地资源进行直接的交互，而不需要保持网络连接，克服了传统技术的缺点p j ，是 构建以i n t e m e t i n t r a n e t 为中心的分布式系统的新兴技术。一个客户发出移动a g e n t ，派 遣它依次访问目标站点进行计算，最后只将结果返回给用户，当网络断开时，移动a g e n t 依然能够自主运行，一旦网络连接上，移动a g e n t 就能将结果发送回去，这是传统技术 所做不到的。在i n t e m e t 中应用移动a g e n t 既减少了客户站点的工作负载又减少了网络 流量，显示出了巨大的优越性和灵活性。由于数据处理和调用总是处于动态变化之中， 不同数据分析又受到众多因素的控制和影响，使前磁数据信息处理成为一个动态的复杂 课题。本文研究的对象是油田前磁信息的处理方法，基于移动a g e n t 的软件系统设计所 具有的自治性、社会性和分布式处理的特性很好的解决了实践开发中的问题。 但是对庞大数据量的分布式网络数据库存取会造成网络拥塞及数据丢失，因此研究 如何使用移动a g e n t 的形式化描述简化系统设计，提高对分布式数据库存取数据的效率 就变得十分必要。当前移动a g e n t 系统的许多形式化描述都是从标准的分布式进程算法 发展而来，虽然它们可以很好地对移动计算进行形式化描述，但它们太过于一般化和抽 象，对于开发实际的应用帮助不大。因此，本文主要研究了采用移动灰箱演算这种用来 形式化描述移动a g e n t 系统的工具，建立一个油田前磁信息集散式移动a g e n t 模型。该 模型通过移动a g e n t 系统的移动特性和使用a g e n t 间直接通信能力达成目标的不同场 合，对实体的直接通信能力进行了限制，并根据“物理移动”和“虚拟移动”来区分移动 a g e n t ，在前磁信息的分布式数据库读取过程中采用集中移动a g e n t 和分散移动a g e n t 。 其中集中移动a g e n t 固定不动完成信息处理功能，分散移动a g e n t 移动到数据库完成对 前磁信息的存取操作，从而简化了移动a g e n t 系统的建模与设计。并以多a g e n t 开发工 具a g e n t b u i l d e r 和移动a g e n t 平台的i b ma g l e t 为基础，设计了基于移动a g e n t 前磁信 息集散式处理系统。 本文第一章介绍了移动a g e n t 技术，并研究了移动a g e n t 的系统结构和生命周期， 引入了移动灰箱演算，该演算可用于形式化描述移动a g e n t 系统的活动。第二章提出了 集散式移动a g e n t 模型，给出了集中移动a g e n t 和分散移动a g e n t 的定义，并运用移动 灰箱演算的一个子集对模型进行了形式化描述。第三章分析前磁信息处理多a g e n t 系统 的设计方法，根据第二章描述构建数据存取集散式移动a g e n t 完成对分布式数据库的存 取操作，第四章实现了一个油田前磁信息处理的原型系统。最后，总结了论文的研究工 作，并对下一步的研究工作进行了展望。 2 大庆石油学院硕卜研究生学位论文 第1 章移动a g e n t 技术 对于移动a g e n t ( m o b i l ea g e n t ) 的定义，不同的文献或应用系统各不相同。文献 5 】 认为，m a 是代码、数据和执行环境的封装，它可以在执行过程中在计算机网络中自主、 有目的的迁移，并且能响应外部事件，在迁移过程中能保持其状态的一致性。w h i t e l 6 1 ， c h e s s 7 1 认为移动a g e n t 是具有移动性的a g e n t 。l a n g e t 8 】等人认为移动a g e n t 是一个代替 人或其他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，该程序能自主决定何时、向何地移动。 综合移动a g e n t 的各种定义，我们给出移动a g e n t 的定义如下：移动a g e n t 是具有 移动特性的智能a g e n t ，它可以自主地在网络上从一台主机移动到另一台主机，并代表 用户完成指定的任务，如检索、过滤和收集信息，甚至可以代表用户进行商业活动。 m a 技术是分布式技术与a g e n t 技术相结合的产物，它除了具有智能a g e n t 的最基本特 性反应性、自主性、主动性和交互性外，还具有移动性 9 - 1 2 1 。 本章首先介绍了移动a g e n t 技术，并研究了移动a g e n t 的系统结构和生命周期，引 入了移动灰箱( m o b i l e a m b i e n t ) 演算这种用来形式化描述移动a g e n t 系统的工具，该演算 可用于形式化描述移动a g e n t 系统的活动。介绍了i b m 的a g l e t 移动a g e n t 开发平台和 环境。分析了移动a g e n t 实现分布式数据库中的分布式访问的技术方法。 1 1 移动a g e n t 技术概述 移动a g e n t 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a g e n t 或资源交互的程序，实际上它是a g e n t 技术与分布式计算技术的混血几。传统 的r p c 客户和服务器间的交互需要连续的通信支持：而移动a g e n t 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网络资源。移动a g e n t 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a g e n t 当前运行时状态，如程序计数器、运行栈内容等：数据状态主要指与移动 a g e n t 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a g e n t 的迁移可以 分为强迁移和弱迁移。强迁移同时迁移移动a g e n t 的执行状态和数据状态，但这种迁移 的实现较为复杂：弱迁移只迁移a g e n t 的数据状态，其速度较强迁移快，但不能保存移 动a g e n t 的完整运行状态。本文后面实验所用到的a g l e t 开发运行环境目i ； 只支持移动 a g e n t 的弱迁移特性【l “。 移动a g e n t 不同于远程执行，移动a g e n t 能够从一个网络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a g e n t 不同于进程迁移，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和迁移到哪里，而移动a g e n t 带有状态，所以理论上可 以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a g e n t 也不同于 第1 章移动a g e n t 技术 a p p l e t ，a p p l e t 只能从服务器向客户单方向移动，而移动a g e n t 可以在客户和服务器之 间双向移动【9 1 。 移动a g e n t 是一组定义精良的数据和程序体，它能够根据自身携带的信息自主地完 成预定义的操作。每一个移动a g e n t 可以根据预定义的工作流程自主地通过网络从一个 流程岗位转到另一个流程岗位，收集信息并完成其自身的任务。也就是说移动a g e n t 能 在某一点暂停自己的执行，迁移到另一台机器，然后恢复执行，如此循环直到任务过程 的正确完成或异常终止。当一个活动的移动a g e n t 从一个岗位传到另一个岗位时，它自 带有执行本岗位所需要的数据和代码，不需要从数据库服务器中读取数据。同时移动 a g e n t 还有自学习的功能，当一个移动a g e n t 在它的处理过程中发生了异常错误时，移 动a g e n t 能访问异常处理服务器，在异常处理服务中定义的规则能够指导移动a g e n t 修 改它的工作流程并保存到a g e n t s e r v e r 的流程描述库中。当下一次同一种异常发生时， 就不需要再访问异常处理服务器而直接到下一个流程岗位。移动a g e n t 知道如何在一个 工作流内部的岗位上流转，它储存着关于此流程的内部状态和行为的一些基本知识。移 动a g e n t 携带有整个流程图和工作流程上每一步所需的基本对象信息，包括状态变量和 特定对象类的方法以及成功完成每一个岗位的业务规则。 移动a g e n t 的移动性、自主性、反应性、主动性和交互性使移动a g e n t 技术在许多 领域中显示了强大优势1 8 , 1 4 , 堋，目前主要应用在电子商务【幡1 9 l 、分布式信息检索 2 0 - 捌、 网络管理【2 3 - 2 6 1 、移动计算f 2 7 , 2 s l 、t 作流管理1 2 9 - 3 1 l 以及用来求解一些数学问题等1 3 2 1 。总之， 移动a g e n t 特别适合于解决传统方法中要么代价过于昂贵，要么就解决不了的闯题，如 数据、控制、专家知识或资源分布问题，使大量的数据处理可在数据源处进行，只须交 换少量的高层信息，就可以减少了大量原始数据传送到远地的操作，提高了网络的利用 率。如需要人性化的问题，由于移动a g e n t 具有观察能力、主动适应能力，而不是通过 一些预先严格确定的接口函数与外界进行交互作用，能根据目标主动规范化自己的行 为，使用户晁面达到“人性化”。 基于移动a g e n t 分布式计算模型相对于传统的r p c 计算模型有着如下的优势 1 4 , 3 3 1 ： 节约网络带宽：m o b i l ea g e n t 技术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，使该m o b i l e a g e n t 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。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：这同时也缩短了通信时延，提高了服务响应速度。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a g e n t 可以有效地节约网络带宽。 通信的高效性：在传统的r p c 计算模型下，分布式的进程之问要不停的通信以保 持信息交流与同步；而在基于移动a g e n t 的模型下，远程任务的执行靠着a g e n t 的移动 性来实现。a g e n t 不仅携带数据，还携带程序代码以及执行状态一起移动。有人也许会 争论说这样一来会给网络传输带来更重的负担，但事实上，如果应用和数据是大型且高 度分布式的，则基于移动a g e n t 的计算方式会比r p c 方式消耗更少的网络资源。因为 系统只需生成少量的a g e n t 来完成整个任务，这样一来就消除了各节点i 日j 的远程交互， 4 大庆石油学院硕i 研究生学位论文 减少了节点间的数据传输量：这一优点在网络通信密集的情况下显得尤为突出，七匕如在 联网信息查询和分析的时候。对移动a g e n t 和传统r p c 方式间的性能比较可以在文献 3 4 】 中发现。 分布式进程控制的简单性：分布式进程的通信、同步、调度、资源共享以及错误恢 复一直都是分布式计算领域的难题，这些难题以前需要复杂的算法来解决，而如果用基 于移动a g e n t 的计算模型来完成，可以简化为目前成熟的集中式系统的技术问题。 网络容错性；移动a g e n t 不要求持久的网络连接，该特点对于网络不可靠的情况和 移动用户来说尤为重要。移动a g e n t 的工作依赖于服务器，而一旦网络上的服务器可用， 移动a g e n t 将自主地恢复自己的工作。另一方面，移动a g e n t 能够获取网络的交通信息 并能相应地调整自己的路由策略，以此来适应各种网络环境。 更高的并发性与异步性：当任务可以被分解到各台机器上执行时，系统可以创建多 个移动a g e n t 去执行该任务，因此，并发性与异步性能够被更好地支持。 异构环境适应性：移动a g e n t 能够提供很好的适应异构环境计算的适应性，异构环 境包括异构的网络连接方式、异构的信息源、系统平台、设备甚至异构的移动a g e n t 。 移动a g e n t 的智能性提供了对异构环境的适应性。 1 2 移动a g e n t 的系统结构和生命周期 1 2 1 移动a g e n t 系统结构 移动a g e n t 系统由移动a g e n t 和移动a g e n t 服务设施( 或称移动a g e n t 服务器) 两部 分组成。移动a g e n t 服务设施基于a g e m 传输协议加t ( a g e n tt r 锄s f e r p r o t o c 0 1 ) 实t 觋a g e n t 在主机间的转移，并为其分配执行环境和服务接口。a g e n t 在服务设施中执行，通过a g e n t 通信语言a c l ( a g e n tc o m m u n i c a t i o nl a n g i i a g e ) 相互通信并访问服务设施提供的服纠3 5 1 。 图1 - 1 给出了移动a g e n t 系统结构： a g o n t 暇务设藏 a t p a g e n t 臌备j 殳籀 驻务与接口 l7 l蕊务弓接 虻l t卜蒯f卜 曲妯 圈1 - 1 移动a g e n t 系统结构图 移动a g e n t 的基本特征是能够在异构的网络节点日j 移动，弗通过与服务设施和其他 a g e n t 协商，获取、提供服务来完成全局目标。因此移动a g e n t 体系结构必须体现以下 第1 章移动a g e n t 技术 需求： 1 跨平台的语义一致性：移动a g e n t 移动过程中的主机可能基于不同的硬件和软件 系统，在这些异构平台上具有相同语义的语言才能保证移动a g e n t 行为的正确性。 2 支持移动的语义：传统的负载均衡机制也能够对软件进行调度，使之分布在不同 主机上运行。移动a g e n t 与之最大的区别在于移动a g e n t 的移动是自主决策的结果。移 动a g e n t 移动的自主性体现在代码中具有实现转移的语义，类似m o v et o ( n e x th o s t ) 这 样的语句。转移语义与当前主机协商，并将控制权交给a g e n t 服务设施，由服务设施实 现a g e n t 的封装和转移。 3 持久化：移动a g e n t 在转移过程中必须保存代码和当前运行状态才能在目标节点 继续执行，移动a g e n t 的异步性也要求保存a g e n t 的任务求解结果。 4 安全机制：移动性产生的非确定性使安全性成为移动a g e n t 的一个重要问题，缺 乏安全性会造成恶意的a g e n t 在网络中的泛滥或者a g e n t 受到恶意主机的侵害。移动 a g e n t 的安全机制一方面要保证自身不受到攻击，另一方面要保证自身是非恶意的1 3 6 , 3 7 1 。 5 移动a g e n t 的规模：由于全部代码和状态在网络中传输，因此移动a g e n t 应该限 制于中小规模，否则将丧失网络资源方面的优势。 服务设施为移动a g e n t 提供基本服务，包括创建、传输、执行等，移动a g e n t 的移 动和任务求解能力很大程度上决定于服务设施所提供的服务。一般来说，服务设施应包 括以下基本服务： 1 生命周期服务：实现a g e n t 的创建、移动、持久化存储和执行环境分配。 2 事件服务：包括a g e n t 传输协议和通信协议，实现a g e n t 间的事件传递。 3 目录服务：提供定位a g e n t 的信息，形成路由选择。 4 安全服务：提供安全的a g e n t 执行环境。 5 应用服务：任务相关的服务在生命周期的基础上提供面向特定任务的服务接口。 1 2 2 移动a g e n t 的生命周期 移动a g e n t 从创建、发送到传输、执行和最后返回形成一个完整的生命周期，这个 生命周期能够用六个状态表示：创建、准备、传输、阻塞、执行和结束状态，如图1 2 所示。创建态标志着一个移动a g e n t 正处于创建过程，当创建者将移动a g e n t 放入发送 队列后转入准备态。从准备态到传输态的转变决定于创建者为它制定的发送条件及与下 一个目标的协商结果。如果与目的站点协商成功，则a g e n t 转入传输态。a g e n t 在网络 传输过程中处于传输态，成功到达目的站点后转入阻塞态。a g e n t 在目的站点未获得执 行权i j 始终处于阻塞态，在此期问服务设施对其进行身份确认和完整性检查，检查通过 则转入执行态，否则重新转入传输态返回给上一站点。 执行态是a g e n t 生命周期中唯一具有活性的状态，在这个状态中它自主运行，与其 他a g e n t 或服务设施交互完成预定任务。任务完成后，它可能会继续移动转入传输态， 6 丈庆石油学院硕 ：研究生学位论文 或转入结柬念( 如果确认是最后一个目标站点) 。 结束态是a g e n t 生命周期的结束。由于a g e n t 是可以重复利用的组建，因此它可以 被再次放入发送队列，转入准备态。这种循环的生命周期能够无限次进行，并且在不同 生命周期内获取的知识也能够在下一个生命周期内使用。 应用程序 图1 2 移动a g e n t 的生命周期 1 3 移动a g e n t 系统的形式化描述工具 在过去的时间里，移动a g e n t 技术已经获得了足够的关注，工业界已经开始使用这 种技术来开发自己的产品。移动a g e n t 技术的应用需求，促进了它的方法学的发展。到 目前为止，移动a g e n t 的方法学主要包括两大方面：形式化方法和结构化方法。形式化 方法的研究者们用形式化的数学语言来定义移动a g e n t 、a g e n t 行为和a g e n t 系统；结 构化方法的研究者们从软件工程的角度研究通用的移动a g e n t 系统结构、协议和编程平 台，并对特定的应用语境开发实验性的系统。这里先介绍一下形式化的方法。 对计算系统的进行形式化研究的目的是定义一套完整的数学概念框架模型来对计 算系统及算法进行规范和推理。对a g e n t 系统进行形式化的描述通常会使用模态和时间 的方法来对a g e n t 的知识和信念进行建模，并对a g e n t 的知识信念与a g e n t 的活动之间 的关系进行推理【弼1 。在分布式计算领域，通常的做法就是先建立概念框架模型，然后在 该模型的基础上进行扩展而开发正式的系统。在该领域单，用进程算法的形式进行形式 化的描述是近来最热门的方法，这种方法可以追溯到c c s 通信系统算法。c c s 用同步 活动和通信活动来描述并演算并发的计算进程，它描述同步活动和通信活动的方法是在 进程命名管道间传递触发信号和消息。c c s 的典型扩展是p f 算法【”l ，它包括了进程移 动性和分布式连接算法，后者基于p f 算法并引入了命名地址树。传统的z 语言能够提供 很好地在不同抽象层次上描述系统框架的能力。在一定程度上可用来规范a g e n t 描述， 但它没有节点的概念，因而不适合规范化a g e n t 的交互。时序模态逻辑是近来研究的一 个方向，它可以规范化a g e n t 的交互。另外，进程代数及u m l 理论也为规范化a g e n t 方法提供了方向。 文献 4 0 ，4 1 忡提出了可以统一描述移动计算中的计算平台移动性和计算代码移动 性的移动灰箱( m o b i l e a m b i e n t _ m a l 演算( 箱字取自其整体移动性，灰字取自其内部结构 部分可见、部分不可见之意) 。灰箱( a m b i e n t ) 是一个可以整体移动的计算场所。灰箱之 j 日j 表现为树状嵌套关系，可以直观地描述互联网上的自治域及防火墙、自治域中的子域 7 第1 章移动a g e a t 技术 及计算设备、移动a g e n t 运行环境及其内部的移动a g e n t 程序等。无论是一个企业i n t r a n e t 网络、一台便携式计算机，还是一个移动a g e n t ，在m a 中都统一地被形式化为一个灰 箱。同时，灰箱的边界具有保护作用，只有穿越边界进入某灰箱的内部，才能与之发生 信息交换。m a 对移动计算中的计算性和移动性描述有很好的形式化支持。“移动灰箱” 的基本特点有： 边界：灰箱a m b i e n t 周围边界的存在意味着跨越这些边界( 比如进入和离开a m b i e n 0 要得到一定的许可，边界的概念也符合当今管理域更加严格的安全要求。某个程序或某 个设备不能随意的与远程程序或设备进行它想要的通信，跨域的通信必须得到相应的许 可才能进行。 名字：a m b i e n t 名字的用途是为了控制对a m b i e n t 的访问，访问许可的形式是一系 列使用该名字的能力。例如能力n ：肌表示进入名为m 的a m b i e n t 的许可，o u t ：t n 表示 退出所的许可，o p e n ：n l 表示打开m 的许可。 嵌套结构：任何一个a m b i e n t 可以包含的不仅仅是一组a g e n t ，而且可以是一组 a m b i e n t ，所以a m b i e n t 是层次化组织起来的。每一个a m b i e n t 都可以被看作是它包含 的a g e n t 和s u b - a m b i e n t 的环境。这种层次化的a m b i e n t 结构正好反映了网络中各管理 域的层次化本质。 移动性：a m b i e n t 可以带着它的a g e n t 和s u b a m b i e n t 一起从一处a m b i e n t 移动到 另一处a m b i e n t 。a m b i e n t 的行为事实上是a m b i e n t 内运行着的计算，也就是在a m b i e n t 内运行着的a g e n t 。a m b i e n t 的移动由它内部的a g e n t 决定，a g e n t 之间的通信只能在 a m b i e n t 内部进行，所有的分布式计算任务都通过a m b i e n t 的移动来完成。 a m b i e n t 演算就是用来以数学的形式来定义实现上述的思想，并对a m b i e n t 的活动 进行描述和演算。a m b i e n t 演算非常抽象和简单，它能描述任何一种分布式计算。与a g e n t 研究中的其它方法不一样，移动a m b i e n t 方法中的安全特性是一项继承而来的特性，因 为该方法中的a m b i e n t 移动就是获得许可后的跨越a m b i e n t 边界。将移动和通信明确分 开定义的好处是可以消除a m b i e n t 含糊不清的行为，不管什么时候需要和远程a m b i e n t 接触，唯一的方法是a m b i e n t 的移动。 然而，移动a m b i e n t 这一模型并不区分虚拟移动性和物理移动性的区别。物理移动 的对象在移动后保持它的虚拟名字不变，而且一直可以通过它的虚拟名字对它进行访 问；而虚拟移动的对象在移动以后它的虚拟名字和物理地址都要变化，所以对虚拟移动 对象进行定位要更加困难。a m b i e n t 有它自己的名字，它可以进入和离开其它a m b i e n t ， 而在一个a m b i e n t 移动之后就根本无法对它进行定位。另外，a m b i e n t 可以被其它 a m b i e n t “吸收”掉。在一个程序的周围环境( a m b i e n t ) “溶解”掉以后，我们无法对该程序 进行定位。另外一个导致难以定