（计算机应用技术专业论文）基于mobile+agent的异构数据集成系统研究与应用.pdf

摘要 软件a g e n t 技术是为了解决复杂、动态、分布式智能应用而提供的一种新的 计算手段。移动a g e n t 是特殊的可以有效的节省网络资源的a g e n t ，随着分布式应 用系统在规模、复杂程度、分布空间等方面的迅速增长，分布式应用系统对网络 服务提出了更高的要求。 本文研究建立在项目组自主研发的基于c o r b a 的分布式异构数据集成原型系 统s o r e ( s i m p l i f i e do b j e c tr e p o s i t o r y ) 的基础上，但是由于c o r b a 要用到大 量的网络调用，会产生一个结构虽好，运行性能却较差的模型，为了突破c o r b a 固有的这一缺陷，为集成后的系统提供更好的网络运行性能，借鉴国内外目前的 相关技术和研究成果，结合移动a g e n t 与c o r b a 技术，设计了一种基于移动a g e n t 的改进的m - s o r e 原型系统，旨在为异构数据集成系统中提供高性能、高可用性的 网络服务。 实验证明：设计和实现的m s o r e 系统能够与原有的基于c o r b a 的s o r e 系统 无缝衔接，系统稳定性较好，对复杂的网络环境具有良好的适应性，当网络不稳定 或者网络带宽不足时，系统仍能可靠、高效运行。 本文主要包括七个部分：第一部分介绍论文的选题背景意义以及主要的研究 内容；第二部分分析移动a g e n t 技术的研究现状及优势；第三部分全面分析应用 i b ma g l e t 进行编程的核心：迁移机制和消息机制等；第四部分分析s o r e 系统， 采用移动a g e n t 的意义，最后给出了结合移动a g e n t 的改进的m - s o r e 体系结构设 计：第五部分详细分析了结合移动a g e n t 的方案并且讨论了模型中a r b 总线的详 细内容：第六部分m - s o r e 原型系统实现，为了证明可行性，进行了实验，介绍实 验过程并给出实验结果。第七部分结论与展望。客观的评价本论文中提出的方法 的优点与不足，并指出未来的工作。 关键词：移动a g e n t ：a 阴；异构数据集成；c o r b a t h er e s e a r c ha n da p p l i c a t i o no fm o b i l ea g e n tb a s e dh e t e r o g e n e o u s d a t ai n t e g r a t i o ns y s t e m a b s t r a c t t h es o f t w a r ea g e n tt e c h n o l o g yi sak i n do fn e wc a l c u l a t i o nm e t h o dt os o l v e c o m p l e x ，d y n a m i c ，d i s t r i b u t e di n t e l l i g e n c ea p p l i c a t i o n m o b i l ea g e n ti sas p e c i a lk i n do f a g e n tw h i c hc a ns a v er e s o u r c e so ft h en e t w o r ke f f e c t i v e l y w i t ht h er a p i dg r o w t ho f t h e d i s m b n t e da p p l i c a t i o ns y s t e mi ns u c hr e s p e c t sa st h es c a l e ，c o m p l e x i t y ，d i s t r i b u t i v e s p a c ee t c ，t h e d i s t r i b n t e da p p l i c a t i o ns y s t e mh a sp u tf o r w a r dh i g h e rd e m a n df o rt h e n e t w o r ks e r v i c e t h er e s e a r c ha c t so nt h ee x i s t i n gh e t e r o g e n e o u sd a t ai n t e g r a t i o np r o t o t y p e s y s t e m ( s o r e ) b a s e do nc o r b a ，b u ts i n c ec o r b a h a st ou s ep l e n t yo fn e t w o r k s ， w h i c hp r o d u c e sam o d e lo fg o o ds t r u c t u r eb u tp o o rr u n n i n gp e r f o r m a n c e i no n e rt o o v e r c o m et h ei n h e r e n td i s a d v a n t a g e sa n dp r o v i d eb e t t e rn e tr u n n i n gp e r f o r m a n c e ， r e f e r e n c et or e s e a r c ha c c o m p l i s h m e n ta n dt h er e l a t e d t e c h n o l o g yn o w a d a y s ，b y c o m b i n i n gm o b i l ea g e n tw i t hc o r b a , t h ea d v a n c ee d i t i o n n a m e dm _ s o r ei s d e s i g n e d a n do f f e rt h en e t w o r k so fh i g hp e r f o r m a n c e ，h i g hu s a b i l i t ys e r v i c ef o rt h e h e t e r o g e n e o u sd a t ai n t e g r a t i o ns y s t e m e x p e r i m e n tp r o o f ：id e s i g na n dr e a l i z ea na d v a n c e dv e r s i o nt o s o r en a m e d m s o r e t h em - s o r es y s t e mc a l lj o i nw i t ht h eo r i g i n a ls o r es y s t e mb a s e do n c o r b aw i t h o u ts e a m ，t h es t a b i l i t yo fi ti sb e t t e r , a n di th a sg o o da d a p t a b i l i t yf o r c o m p l e xn e t w o r ke n v i r o n m e n t ，w h e nt h en e t w o r ki su n s t e a d yo rn e t w o r kb a n d w i d t hi s b e l o w ，t h en e ws y s t e mc a l lb er e l i a b l e ，r u n se f f i c i e n t l ya l s o t h ep a p e ri n c l u d e s7p a r t sm a i n l y ：i nt h ef i r s tp a r t ，i ti si n t r o d u c e dt h a tt h e b a c k g r o u n do fp r o j e c t ，a p p l i c a t i o np r o s p e c ta n dm e a n i n g ，m ym a j o rj o bi nt h er e s e a r c h c o u r s e ；s e c o n dp a r t ：a n a l y z et h ea d v a n t a g e sa n dp r e s e n tr e s e a r c ho fm o b i l ea g e n t t e c h n o l o g y ；t h i r dp a r t ：a n a l y z ei b ma g l e tw h i c hi s c a r r i e do u ta st h ec o r eo f p r o g r a m m i n g ：m o b i l 时m e t h o da n dm e s s a g em e t h o de t c ；f o r t hp a r t ：a n a l y z es o r e s y s t e m ，t h em e a n i n go fa d o p t i n gm o b i l ea g e n t ，p r o p o s et h ea r c h i t e c t u r eo fa d v a n c e d m s o r ew i t hm o b i l ea g e n t ；t h ep a r to f5 t ha n a l y s e st h es c h e m eo fc o m b i n i n gm o b i l e a g e n ta n dc o r b a i nd e t m l ，a n dd i s c u s sa _ r _ bb u sa r c h i t e c t u r e ；t h e6 t hp a r t ：m s o r e p r o t o t y p es y s t e mi m p l e m e n t s ，i n t r o d u c e se x p e r i m e n tp r o c e d u r ea n dp r i n te x p e r i m e n t r e s u l t t h el a s t p a r t i sc o n c l u s i o na n d p r o s p e c t e v a l u a t et h ea d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g e so f t h en e wm e t h o d ，a n dp o i n to u tf u t u r ew o r ki nt h ep a r t k e yw o r d s ：m o b i l e a g e n t ：a r m | h e t e r o g e n e o u sd a t ai n t e g r a t i o n ；c o r b a 大连海事大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：本论文是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果， 撰写成博士硕士学位论文：基王丛尘i ! ! g ! 堕煎昱掏塑堡塞盛丕筮班塞量廛旦：i 除论文中已经注明引用的内容外，对论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。本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体 已经公开发表或未公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：劫1 采 咕年月过。目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连海事大学研究生学位论文提交、 版权使用管理办法”，同意大连海事大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论 文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连海事大学可以将本 学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存和汇编学位论文。 保密口，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于：保密口 不保密口( 请在以上方框内打“”) 论文作者繇寇厕丧新虢弼 日期：p 占年弓月寸日 第1 章绪论 1 1 选题背景 2 1 世纪是信息时代，网络时代，为了搜索信息，经常要涉及到向多个物理上 分散、逻辑上异构的信息系统提取信息、进行比较的典型运算。而作为信息载体 的数据，有两个鲜明的特点：第一，数据资源可能来自不同的软件平台；第二， 数据模型可能是不同的，如数据库系统中的结构化数据、文件系统中的非结构化 数据、w e b 系统中的半结构化数据等。 目前，我们项目组已经开发出了s o r e ( s i m p l i f i e do b j e c tr e p o s i t o r y ) 原 型系统，通过为异构数据源建立统一数据模型，为用户提供统一访问接口，实现 了分布式异构数据集成。但是，由于数据源本身固有的分布性特点，网络性能不 可避免的成为影响系统性能的一个关键因素，由于传统的信息检索架构c s 模式 和b s 模式要求用户必须一直保持在线，等待结果的返回，带来对网络可用性的 高要求；另外，“服务静止、数据流动”的模式也造成网络负载过重。随着i n t e r n e t 网络的迅速膨胀，c s 和b s 模式显然无法适应这种需求。在这种情况下，出现了 将代码移动到数据所在地装载，就地执行信息检索的新概念，即m o b i l ea g e n t 。 m o b i l ea g e n t 技术技术具有动态执行、异步计算、并行计算、智能化路由等特点， 能够很好的处理以往传统的c s 和b s 模式无法解决的问题 1 】，m o b i l ea g e n t 技 术的成功实施，必将带来网络性能的提高。 本篇论文正是鉴于以上情况完成的，并得到了国家自然科学基金( 项目号： 6 0 1 7 2 0 4 3 ) 的资助，所研究的课题属于国家自然科学基金项目( 分布式智能异构 数据集成支持系统的研究) 的一部分。 1 2 论文基础 s o r e 异构数据集成系统是通过建立在数据源逻辑层上统一的访问界面，实现 异构数据的分布式共享的。经过靳强勇、刘军、黄海等人的研究，提出统一的数 据模型u d m ( u n i f o r md a t am o d e l ) ，一套解决异构数据集成的方案，完成了基于 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 ra r c h it e c t u r e ) 的异构数据集成模型s o r e 的构建以及其智能查询的研究，并且在事务处理、目录服务及存储等方面进行了实 质性的研究。已有的研究主要是原型系统及查询语言的研究与实现，并未考虑到 网络性能问题，本文的研究重点是现有系统的网络性能优化问题，研究将继承现 有研究成果，并且尝试引入m o b i l ea g e n t 技术，对网络通信层进行改进，设计一 种新的架构，从而完成对s o r e 系统的优化。 1 3 主要的研究内容 本文主要研究分布式智能异构数据集成系统( 我们简称其为s o r e 系统) 中网 络性能优化的主要问题。s o r e 系统是一个主要对于分布的、异构的数据进行查询 的系统，目前，本系统已经实现了基本功能，并且从数据库管理角度，完善了事 务管理，提供目录服务和缓存机制等，但是鉴于数据源本身的分布式特性，网络 传输效率成为影响系统实用性的关键，因此，如何从体系结构出发，改进系统设 计，提高网络传输速度，有着重要的研究意义。 本文在s o r e 系统研究基础上，结合本课题几位研究人员的论文成果，借鉴国 内外相关研究成果，研究并提出了适合异构数据集成系统的基于m o b i l ea g e n t 改 进的体系结构。在课题的研究过程中，本文的研究工作主要围绕以下几个方面展 开： ( 1 ) 分析现有的s o r e 系统，探索提高网络性能的方法途径。 ( 2 ) 分析m o b i l ea g e n t 技术的各个方面及其具体应用领域。比较分析现有的移 动a g e n t 平台优缺点，并且在可行的实验室条件下，选择i b m 公司开发的a g l e t 移动a g e n t 平台以及j a v a 语言作为系统开发语言。 ( 3 ) 结合了c o r b a 和m o b i l ea g e n t 技术，提出了一个新的体系结构m s o r e 来解 决异构数据集成的网络性能问题。并且给出了该体系结构的理论依据以及详细设 计。 ( 4 ) 分析系统需求，利用移动a g e n t 主一从模式和消息机制实现了分布式网络信 息检索系统。通过实验证明了这一改进的可行性，并且从理论上分析了系统效率 提高，但是在实际条件下，引用移动a g e n t 技术由于有额外的代码移动的时间消 耗，所以实际地效率与理论还有一定的差距，具体在第7 章进行了分析论述。 1 4 相关概念 本文涉及的相关概念，在此做集中的介绍和说明： ( 1 ) 异构数据集成：异构数据集成是对各种异构数据( 包括结构化、半结构化 和非结构化数据) 提供统一的表示和管理，屏蔽各种异构数据间的差异使最终 用户可以通过异构数据集成系统进行统一的操作。这里的s o r e 系统是一个具有智 能性且能提供个性化服务的系统，系统中引入智能a g e n t 技术，支持智能查询。 ( 2 ) 智能a g e n t ：到目前为止，许多研究者提出了各自对a g e n t 的定义，但至今 对智能a g e n t 没有一个确切定义，不同研究领域的学者考虑各自领域的技术特点。 对a g e n t 给出的典型定义大致有两种： a g e n t 是驻留于环境中的实体，它可以解释从环境中获得的反应环境中所发生 事件的数据，并执行对环境产生影响的行为。在这个定义中，a g e n t 被看作 是一种在环境中“生存”的实体，它既可以是硬件( 如机器人) ，也可以是软 件。 智能软件a g e n t 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。 ( 3 ) m o b i l ea g e n t ：移动a g e n t 是具有移动特性( m o b i l i t y ) 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、过滤和收集信息等。m o b i l ea g e n t 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。 ( 4 ) c o r b a ：即公共对象请求代理体系结构，是m o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p 对象管理组织) 提出的应用软件体系结构和对象技术规范，它可以为大型、异构、 分布式应用开发提供一个完整的体系架构，增强软件的可移植性、可重用性和互 操作性。c o r b a 允许分布式应用程序之间进行互操作( 即应用程序与应用程序之间 通信) ，不管这些应用程序采用什么语言编写或驻留在什么地方吐它为分布式应 用环境下对象资源共享、代码重用、可移植和对象间相互访问建立了通用标准， 同样也为在大量硬件、软件之间实现互操作提供了良好的解决方案。 同样也为在大量硬件、软件之间实现互操作提供了良好的解决方案。 1 5 论文的组织结构 全文共分7 章，内容安排如下： 第1 章绪论，介绍论文的选题背景和意义，并指出了研究的主要内容和章节 内容分布。 第2 章m o b i l ea g e n t 技术综述与分析，分析了m o b i l ea g e n t 技术的各个方 面及其具体应用领域和环境。分析移动a g e n t 技术的研究现状与优势，最后比较 分析了现有的移动a g e n t 平台优缺点，并且在可行的实验室条件下，选择了i b m 公司开发的a g l e t 移动a g e n t 平台。 第3 章a g l e t 移动a g e n t 平台的选择与解析，全面分析了应用i b ma g l e t 进 行编程的核心：迁移机制和消息机制，为本系统开发打好基础。 第4 章基于m o b i l ea g e n t 的m - s o r e 原形系统的框架设计，分析s o r e 系统， 并且分析了采用移动a g e n t 的意义，最后给出了结合移动a g e n t 的改进的m - s o r e 体系结构设计。 第5 章m - s o r e 平台详细构建，分析结合移动a g e n t 与c o r b a 技术的方案即讨 论了模型中a r b ( a g e n tr e q u e s tb r o k e r ) ( 说明：a r b 是本人结合了移动a g e n t 与c o r b a 技术的结构，a r b 的组成与详细分析见第5 章) 的详细构建。 第6 章m - s o r e 原型系统实现，为了证明可行性，进行了实验，本章重点介绍 实验过程并给出实验结果。 第7 章结论。客观的评价本论文中提出的方法的优点与不足，并指出未来的 工作。 4 第2 章m o b ；i ea g e n t 技术综述与分析 a g e n t 的研究起源于人工智能领域。a g e n t 是指模拟人类行为与关系、具有一 定智能并且能够自主运行和提供相应服务的程序。随着网络技术的发展，可以让 a g e n t 在网络中移动并执行完成某些功能，这就是m o b i l ea g e n t 的思想。 从m o b i l ea g e n t 研究和发展的历程，可以看出m o b i l ea g e n t 技术实际上就 是a g e n t 技术与分布式计算技术结合的产物。m o b i l ea g e n t 可以迁移的内容既包 括代码也包括其运行状态，m o b i l ea g e n t 技术通过将服务请求a g e n t 动态地迁移 到服务器端执行，使得此a g e n t 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，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。 此外，当网络环境不稳定，网络意外中断时，a g e n t 可以重新在不同节点上运行， 待任务完成后再将结果传送给用户，因此在计算过程中，不需要一直保持在线。 这与传统的分布式计算方式相比有突出优势，因而m o b i l ea g e n t 技术有重要的研 究价值。 2 1m o b ii ea g e n t 技术基本概念及特性 m o b i l ea g e n t 是一种能在异构网络中移动，自主决定其行为的程序【4 】。它具 有自治性、移动性、协作性、安全性和智能性等特点【卯。 ( 1 ) 自治性，这是a g e n t 固有的特性，因为移动a g e n t 是特殊的a g e n t 系统， 所以，移动a g e n t 自然也因袭了这一特性。所谓自治性，即：可以控制它 自身的行为。主体的自治性体现在主体的行为应该是主动、自发的。根据 目标、环境等要求，主体应该对自己的短期行为做出计划，主体应有自己 的目标或意图( i n t e n s i o n ) 等。 ( 2 ) 移动性，这是指a g e n t 可以在任意站点上暂时中断执行，在异构网络( 如 i n t e r n e t ) 上移动，并在目的站点上停留下来再恢复执行。移动a g e n t 技 术通过将服务请求a g e n t 动态地迁移到服务器端执行。使得此a g e n t 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。 ( 3 ) 协作性，这是指若干个移动a g e n t 可以在网络中互相通信和合作，共同完 成某一任务。 ( 4 ) 安全性，这是指对a g e n t 本身及a g e n t 运行环境的安全性保障。目前大多 数移动a g e n t 支持系统都有相应的措施保障系统安全性。 ( 5 ) 智能性，这是指a g e n t 具有一定的自适应能力，可对环境的变化做出适当 的反应，对于移动a g e n t 而言，就表现为智能路由，移动a g e n t 的效率很 大程度上决定于路由策略的优化。可行的路由策略有两种，分别为固定路 由和基于规则及目录服务的动态路由。这是m o b i l ea g e n t 技术的最重要特 征之一。 2 2 移动a g e n t 体系结构 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 n t 传输协议a t p ( a g e n tt r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 实现a g e n t 在主机间的迁移，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 u a g e ) 相互通信并访问服务设施提供的服务。如图2 1 所示，移动a g e n t 体系结构可定 义为以下相互关联的模块：安全代理、环境交互模块、任务求解模块、知识库、 内部状态集、约束条件和路由策略。 移动a g e n t 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。服 务设施包括以下基本服务。 ( 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a g e n t 通信协议，实现a g e n t 间事件传递。 ( 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：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。 复 郝骄境曼犀舞愿施藤篡他旦g m 2 。 图2 1 移动a g e n t 的结构模型 f i g 2 1m o b i l ea g e n ts t r u c t u r em o d e l 2 3m o b 1 ea g e n t 的优势 m o b i l ea g e n t 具有移动性与自治性，这使得它与其他技术相比具有很多优点。 ( 1 ) 节约网络带宽：m o b i l ea 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。因而，当要处理的数据量 比较大，并且网络带宽不足的情况下，m o b i l ea g e n t 可以有效地节约 网络带宽。 支持离线计算：用户派遣出a g e n t 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。 提供定制个性化服务：使用移动a g e n t ，客户端可以根据服务器提供 的底层操作函数，编写满足自己需要的特定服务程序，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。当业务需要改变时，只需把新的服务程序发送到相应的 7 ) ) ) 服务节点上即可，而不需要按照传统方式为每个客户端节点重新安装 服务程序。 ( 5 )提高应用的健壮性：因为移动代理的工作方式不要求网络一直保持连 接，所以减少了应用对网络连接可靠性的要求，同时，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系统。 ( 6 )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。 ( 7 )理想的异构集成环境。移动a g e n t 一般是独立于计算机与传输层的， 为网络上异构的网络计算提供了无缝的系统集成的理想条件。同时， 为软件分析、设计与实现提供了一种崭新的思路和较简单的方法【6 j 。 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、分布式信息检索、信息发布、移动设备计算、网络管理、并行任务求解、动 态网络等。 上述的优点并不是移动代理技术特有的，有些特定通过传统的方法也可以实 现，但是移动代理技术可以提供一个全面的解决方案。 2 4 几种分布式技术的比较 ( 1 ) 进程迁移 进程迁移就是将一个进程从当前位置移动到指定的处理器上f 7 1 。其基本思想 是：在进程执行过程中移动它，使得它在另一个计算机上继续存取它的所有资源 并继续进行，而且不必知道运行进程或任何与其它相互作用的进程的知识就可以 启动进程迁移操作，这意味着迁移是透明的。 m o b i l ea g e n t 系统与进程迁移系统最大不同在于对a g e n t 移动的选择权，进 程迁移系统中移动的决策权取决于系统，由它决定何时移动及移往何地( 为了平 衡c p u 的负载) ，而m o b i l ea g e n t 系统中移动的决定权来自于a g e n t 自身。 ( 2 ) a p p l e t a p p l e t 是用一种含有可视化内容的、并被嵌入w e b 页中用来产生特殊页面效 果的小程序嘲。a p p l e t 是作为被下载的程序来到客户端的，代码移动是在代码运 行前进行的，移动的只有代码本t g 。 ( 3 ) m i c r o s o f t 的r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 传统的m i c r o s o f tr p c 调用是w i n d o w s 使用的一个协议，提供进程间交互通 信，允许程序在远程机器上运行任意程序。r p c 是广泛应用于分布式系统中的一种 交互机制，其基本原理是：当运行时，客户机通过传输控制流的形式对远端的服 务器上的p r o c e d u r e 发出调用请求，服务器在远端调用p r o c e d u r e ，并返回结果i l o 】。 c l i e n ts e r v e r 出 服 用务 图2 2r p c 模型 f i g ，2 , 2r p cm o d e + 睇国国翊 图2 3m o b i l ea g e n t 模型 f i g 2 3m o b i l ea g e n tm o d e l 基于r p c 模型的处理方法如图2 2 所示，在主机上调用不同网络主机上的方 法，每一次调用，客户端主机都必须与网络服务器主机有一次交互，影响了系统 的效率，而基于m o b i l ea g e n t 的系统运行流程如图2 3 所示，a g e n t 被发至方法 所在主机就地运行，对比图2 2 与图2 3 可知减少了网络交互，提高了系统性能。 ( 4 ) 小结 综上所述，可以看出移动a g e n t 不同于r p c 远程执行，传统的r p c 客户机和 服务器间的交互需要连续通信的支持，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，从而有效的节省了网络资 源。移动a g e n t 能够不断地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。同时，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 许进程选择什么时候和迁移到哪里，而移动a g e n t 迁移的内容既包括其代码也包 括其运行状态。正因为m o b i l ea g e n t 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a g e n t 也不同于a p p l e t ，a p p l e t 只能 从服务器向客户机单向移动，而移动a g e n t 可以在客户机和服务器之间双向移动。 2 5 移动a g e n t 技术研究现状 自从1 9 9 4 年第一个商业化的移动a g e n t 系统t e l e s c r i p t ( 由g e n e r a lm a g i c 公司推出) 问世以来，移动a g e n t 技术就受到了学术界、工业界的广泛关注。众 多著名的大学、研究机构和公司都投入到对移动a g e n t 的研究和开发中来。例如： d a r t m o u t h 学院、t o r o n t o 大学、g e n e r a lm a g i c 公司、i b m 公司、m i t s u b i s h i 等 都推出了些移动a g e n t 的商业产品和研究工具。 经过分析当前移动a g e n t 的研究现状，总结发现对移动a g e n t 技术的研究方 向主要体现在三个方面： ( 1 ) 对移动a g e n t 系统及其实现技术的研究：主要包括移动a g e n t 系统的体系结 构、移动a g e n t 的移动机制、通信策略、通信机制、程序设计语言、管理控制机 制、安全技术、容错技术、协作技术等方面。 ( 2 ) 对移动a g e n t 技术应用的研究：重点研究移动a g e n t 技术在各个方面的应用。 例如在电子商务、网络管理、信息检索、移动计算、工作流管理、计算机协同工 作、并行处理等领域中移动a g e n t 的应用。 ( 3 ) 对移动a g e n t 和其他研究领域的交叉研究：近几年来，许多目光注重到移动 a g e n t 与其它领域技术的交叉研究上，如与c o r b a 的结合、与智能a g e n t 的结合、 与g r i d 的结合、与w e bs e r v i c e 技术的结合等，移动a g e n t 与这些领域的交叉研 究很可能会带来新的研究前景。 本文的研究侧重于移动a g e n t 与c o r b a 技术的结合上，详细内容请见第4 、5 毫。 1 0 2 6m o b 1 ea g e n t 典型系统 如2 5 节所述，目前移动a g e n t 技术已从过去的理论探索进入到实用阶段， 已经出现了一些移动a g e n t 的开发平台或执行环境，这些平台大致可以分为三类： 一类是基于传统解释型语言：一类是基于j a v a 语言；另一类是基于c o r b a 平台的。 ( 1 ) t e l e s c r i p t ：t e l e s c r i p t 是用t e l e s c r i p t 语言( 一种面向对象的解释型语 言) 来完成的，g e n e r a lm a g i c 公司用t e l e s c r i p t 语言开发了第一个商业化的移 动a g e n t 系统并用该语言命名 12 】。t e l e s c r i p t 系统中，a g e n t 实现了强迁移机制 ( 包括了代码、数据、执行状态) ，a g e n t 之间的通信有两种方式：当两个a g e n t 运行在同一环境中，可以互相调用对方的方法；而两个对象运行在不同空间的时 候。通过建立连接，互相传递对象。 t e l e s c r i p t 是一个功能较为完备的移动a g e n t 系统，但缺点是它是一种解释 型语言，因而资源消耗比较大，另外，t e l e s c r i p t 语言过于专用，这极大的限制 了t e l e s c r i p t 系统应用范围，随着j a v a 语言的出现以及跨平台特性的完善，限 制了t e l e s c r i p t 系统的发展。g e n e r a lm a g i c 公司重新开发了基于j a v a 的m o b i l e a g e n t 系统o d y s s e y 。o d y s s e y 完全继承了t e l e s c r i p t 的概念，并扩展了通信 机制，提供了对j a v ar m i 、c o r b ai l o p 和m i c r o s o f td c o m 的支持。 ( 2 ) d a g e n t ：由美国d a r t m o u t h 学院研制，是a g e n tt c l 的后继版本。t c l ( t o o l c o m m a n dl a n g u a g e ) 是u n i x 平台上的一种脚本语言，是d a g e n t 最早支持的开发 语言。d a g e n t 实现了强迁移方式，由于t c l 语言没有提供捕获和恢复脚本程序运 行状态的机制，d a g e n t 对标准的t c l 解释器进行了修改，可以自动捕获和恢复 m o b i l ea g e n t 的完整状态。d a g e n t 服务程序的实现采用的是多线程方式，相比 于多进程方式，虽然实现难度增加，但是进程间通信大大降低，提高了系统的执 行效率。d a g e n t 的通信方式可采用r p c 、r m i 等不同的方式，而且支持异步或同 步的通信模式。d a g e n t 的安全机制采用加密和身份验证。 ( 3 ) g r a s s h o p p e r ：g r a s s h o p e r 是i k v + + 公司的产品。它是一种基于c o r b a 的m o b i l e a g e n t 系统。g r a s s h o p e r 的通信基础设计非常巧妙，既可以通过c o r b a 来进行通 信，还可以通过j a v ar m i 和s o c k e t 连接进行通信，燕个通信结构实现采用插件 技术，具有很好的扩充性，并同时支持异步或同步的通信，动态消息机制和多点 发送。 ( 4 ) a 9 1 e t ：由i b m 东京研究中心研制，是最早基于纯j a v a 的商业化移动a g e n t 系统 1 3 1 。a g l e t 系统采用图形化界面，提供了一个简单、全面的m o b i l ea g e n t 编 程模型，并为a g e n t 间提供了动态和有效的通信机制和详细的安全机制。a g l e t 是 由a g e n t 与a p p l e t 两个字组合而成的，简单地说就是具有a g e n t 行为的j a v a a p p l e t 对象，但a g l e t 同时传送代码及其状态，而a p p l e t 只传送代码。a g l e t 以 线程的形式被产生于一台机器上，可随时暂停执行的工作，而后这个a g l e t 可被 分派到另一台机器上，再重新启动执行任务。因为a g l e t 是线程，所以不会消耗 太多的系统资源。 一个a g l e t ( 在a g l e t 中，将一个a g e n t 称为a g l e t ) 是一个执行实例，它的 迁移过程如下：首先一个a g l e t 对a g l e tr u n t i m e 层发出请求，a g l e tr u n t i m e 层 负责将a g l e t 的代码与状态进行序列化处理，转换为字节数组，并将字节数组传 送给a t c i ( a g e n tt r a n s p o r ta n dc o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c e ) ，在a t c i 层提供了 a t p ( a g e n t 传输协议) 、r m i ( 远程方法调用) 等接口。之后，系统会在相应字节 数组后附加上相关系统信息和a g l e t 的标识信息，以比特流方式通过网络传输给 远端机器。远端机器再重用a t c i 层提供的a t p 接口接收传来的字节数组，再由 a g l e tr u n t i m e 层对字节数组反序列化，取出a g l e t 的代码及状态，在远端机器执 行。 a g l e t 的迁移采用弱迁移( 不能保存当前执行的状态栈的内容) 方式，这是由 于受到j a v a 开发语言的一定限制( 标准的j a v a 虚拟机不支持线程状态的捕获) 。 a g l e t 采用消息对象( m e s s a g e ) 封装a g l e t 之间的消息交换，消息传递机制支持 同步和异步两种方式。目前的a g l e t 由于j d k 安全支持的力度不够，并没有完全 实现a g e n t 的认证，授权，审计与防抵赖以及数据完整性，但是已经提供了一个 可以容忍( r e a s o n a b l e ) 的安全层次，并且随着j d k 安全的发展而不断得到改善。 综上比较，本文选择i b m 开发的a g l e t 系统作为开发系统，关于a g l e t 移动 平台的解析请见第3 章。 第3 章a gj e t 移动代理平台的选择与解析 经过比较分析现有的m o b i l ea g e n t 典型系统，并且考虑到实验室的可行条件， 本系统试验环境选择a g l e t 移动代理平台作为开发环境，本章将从a g l e t 系统框 架、a g l e t 迁移机制、a t p 协议以及a g l e t 安全技术等方面进行分析研究。重点研 究应用i b ma g l e t 进行编程的核心：迁移机制和消息机制等，为系统开发做好准 备。 3 1a g l e t 系统概述 3 1 1a g l e t 系统简介 a g l e t 是由i b m 日本公司用纯j a v a 开发的移动a g e n t 平台，该系统提供了一 个称为t a h i t i 的图形化界面( 如图3 1 所示) ，用户可以通过该界面实现对移动 a g e n t 事件的操作，a g l e t 是目前为止最为成功和全面的移动a g e n t 系统。它提供 了a g l e tw o r k b e n c h 平台，供人们开发和实施a g e n t 。 图3 1a g l e tt