（计算机应用技术专业论文）网格环境中移动agent的设计及其路由规划研究.pdf

北京交通大学硕士学位论文 y 7 4 1 4 4 7 摘要 网格是下一代的互联网技术，其目的就是利用互联网络把分散在不同 地理位置上的电脑组织成一台虚拟的超级计算机，实现计算资源、存储资 源、数据资源、软件资源、通信资源、知识资源的全面共享。网格代表了 一种先进的技术和基础设旖，也因为其复杂性和全面性，网格技术目前还 处于研究阶段，但它业已成为计算机研究领域最重要的研究方向之一。 伴随着网络技术的发展，有价值的资源在不断的增长，如何高效地利 用分布在异构环境中各种资源，成了尤为突出的问题。移动a g e n t 是个 独立运行的计算机程序，可以自主的在异构网络上按照一定的规程迁移， 寻找合适的资源，完成用户给定的任务。由于移动a g e n t 具有移动性、自 主性、智能性等特点，使之突破了传统分布式计算模式的诸多限制，为分 布式计算带来新的计算模式和思路。 本文系统地研究了网格与移动a g e n t 技术，在o g s a ( 开放网格服务 结构) 基础上，设计了一种网格服务实现方案，即以移动a g e n t 作为网格 中应用程序及网格服务的载体来实现网格服务。此外，本文还对网格环境 中移动a g e n t 路由规划，即网格环境中的旅行a g e n t 问题( t a p ) 及其求解 算法进行了研究，对传统蚁群算法加以改进，用于求解网格环境中的t a p 问题。 本文的主要工作和成果包括以下几个方面： 1 对网格技术进行了系统的研究。从网格概念、网格需求、网格特点、 网格应用等方面进行分析介绍，对两种重要的网格体系结构以协议为 中心的“五层沙漏”网格体系结构和以服务为中心的开放网格服务体系结 构0 g s a ，作了细致的分析和研究。 2 仔细研究了移动a g e n t 及其关键技术。阐述了移动a g e n t 的概念、 特点、应用领域以及典型的移动a g e n t 系统等方面内容，分析研究了移动 a g e n t 系统模型结构。 3 对以移动a g e n t 为任务载体的网格服务进行了研究。分析和讨论 了将移动a g e n t 作为应用程序和网格服务的任务载体的基本思想，设计了 基于移动a g e n t 的网格服务层次结构和工作机制，并通过一个网格服务实 例的创建实现上述基本思想和设计。 4 对网格环境中移动a g e n t 迁移策略及其路由规划进行了研究。详 细研究了t a p 问题，并结合网格环境特点，提出了网格环境中的t ：a p 问题。 在对传统蚁群算法进行深入研究的基础上，提出改进的蚁群算法，用于求 解网格环境中的t a p 问题。对该算法的选路规则、节点激素及路径激素更 北京交通大学硕士学位论文 新规则等内容进行研究，给出了定量表达式和算法描述。通过仿真实验 对该算法予以实现并进行效果的验证。 关键词：网格移动a g e n t 网格服务o g s a路由规划 i i 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t g r i dh a s e m e r g e d a st h en e x t g e n e r a t i o n i n t e r n e t t e c h n o l o g y t h e o b j e c t i v eo f 商d i st ou s em ei n t e m e tt oi n t e g r a t ea 1 1 也eo n l i n e - c o m p u t e r sf r o m d i f f e r e n tp l a c e si n t oav i r t u a ls u p e rc o m p u t e r ，s ot h a ta l lt h ec o m p u t i n gr e s o u r c e ， s t o r a g er e s o u r c e ，d a t ar e s o u r c e ，s o rr e s o u r c e ，c o m m u n i c a t i o nr e s o u r c ea n d k a o w l e d g e r e s o u r c ec a l lb ef i d l ys h a r e dt ou s e g r i dr e p r e s e n t sh i 曲t e c h n o l o g y a n di n f i - a s t r u c t u r e m e a n w h i l e f o ri t sc o m p l e x i t ya n do m n i p o t e n c e ，i ti ss t i l li n t h es t a g eo fr e s e a r c h n e v e r t h e l e s s i th a sb e e na c k n o w l e d g e dt ob eo n eo f 也e m o s ti m p o r t a n tr e s e a r c ha r e a si nc o m p u t e rs c i e n c e w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r kt e c h n o l o g y , v a l u a b l ei n f o r m a t i o n r e s o u r c e sa r ek e e p i n gi n i n c r e a s i n g ap r o m i n e n tp r o b l e mi s h o wt ou s e d i f f e r e n tr e s o u r c e st h a ta r eg e o g r a p h i c a l l yd i s t r i b u t e d , h e t e r o g e n e o u si nn a t u r e ， m o l e e 伍c i e n t l y i ng e n e r a l e o n s i d e r a t i o n m o b i l e a g e n t i sc o n s i d e r e da s o f t w a r ee n t i t y 、i 也i n d e p e n d e n c e r e f l e c t i o n , s y n c h r o h i s i l l sa n di n t e l l e c t i o n i t c a l lt r a n s f e ri n d e p e n d e n t l ya sar e g u l a rr o l ei nt h ed i f f e r e n ts t r u c t u r en e t w o r k a n ds e a r c ht h ep r o p e rr e s o u r c e st oa c c o m p l i s ht h et a s ks e tb yu s e r j u s tf o rt h e s e r e a s o n s ，m o b f l ea g e n t st e c h n i q u er e s o l v e sm a n yr e s t r i c t i o n st h a tb e l o n gt o t r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e d c o m p u t i n gp a r a d i g m ，a n d 百v e s an e w w a y t o c o m p u t a t i o n a la r c h i t e c t u r e i nt h i st h e s i s w ec a r r yo u tad e e ps t u d yo ng r i dt e c h n o l o g ya sw e l la s m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y b a s e do no g s a ( o p e ng r i ds e r v i c ea r c h i t e c h t u r e ) ， w e p r o p o s e as c h e m et oi m p l e m e n tt h eg r i ds e r v i c eb a s e do n 也em o b i l ea g e n t t h a ti s ，u s i n gm o b i l ea g e n t sa st h ea p p l i c a t i o np r o g r a ma n dt h ec a r r i e ro f 鲥d s e r v i c e f u r t h e r m o r e ，w ei n v e s t i g a t et h ei t i n e r a r ya n dr o u t i n gp m g r a m m i n g p r o b l e mo f m o b i l ea g e n ti nt h eg r i de n v i r o n m e n ta n ds t u d yt h et r a v e la g e n t p r o b l e m ( t a p ) i n t h eg r i de n v i r o n m e n t w ei m p r o v et h et r a d i t i o n a la n t c o l o n y a l g o r i t h m t os o l v e 也et a pi nt h eg r i de n v i r o n m e n t n l em a i na c h i e v e m e n t so f t h i st h e s i sa r e ； 1 s y s t e m i cs t u d yo ft h eg r i ds y s t e m w ji n t r o d u c ea n da n a l y z et h e s y s t e mf r o md i f f e r e n ta s p e c t s ，i n c l u d i n gg r i dc o n t e n t , t h ed e m a n d so f 舒d ，鲥dc h a r a c t e r , a n d 西da r c h i t e c t u r e ，e t c e s p e c i a l l y , w ec l t l t yo u t ad e t a i l e da n a l y s i so nt w o i m p o r t a n ti n f r a s t r u c t u r e so f g r i ds y s t e m ，i e ， p r o t o c o l c e n t e r e df i v e s a n d g l a s s s t r u c t u r ei nt h e g r i d a n d s e r v i c e - c e n t e r e do p e n 舐ds e r v i c ea r c h i t e c t u r e ( o g s a ) 2 d e t a i l e da n a l y s i so f m o b i l ea g e n ta n di t sk e y t e c h n o ! ? g y w be x p l a i n c o n c e p t sa n dp r o p e r t i e so f m o b i l ea g e n t ss y s t e m ，d i s c t i s st h ed o m a i n s i i i 北京交通大学硕士学位论文 i tc a r lb ea p p l i e d ，a n di n t r o d u c es o m e t y p i c a lm o b i l ea g e n ts y s t e m s w j a l s os t u d yt h ea r c h i t e c t u r eo f m o b i l ea g e n ts y s t e m s 3 w e s t u d yt h e 鲥ds e r v i c es y s t e mt h a tp e r f o r m e do n t h em o b i l ea g e n t p l a t f o r m n l eb a s i ci d e ao fu s i n gm o b i l ea g e n t sa st h em i s s i o nc a r d e r o f a p p l i c a t i o n sa n dg r i ds e r v i c ei si n t r o d u c e da n da n a l y z e d w jd e s i g n ag r i ds e r v i c eh i b e r a r c l w 血a tb u i l d0 nt h em o b i l ea g e n tb a s i sa n da f u n d a m e n t a lw o r k i n gm e c h a n i s m ，a n dc h e c ku pt h ea b o v eb a s i ci d e a a n dd e s i g nb yi m p l e m e n t i n gag r i ds e r v i c ee x a m p l ec a r r i e do u ta tt h e m o b i l e a g e n t e n v i r o n m e n t 4 w e h a v e s t i g a t ei t i n e r a r y d e c i s i o n p r o b l e m a n d r o u t i n g s e l e c t i o n p r o b l e m o ft h em o b i l e a g e n t s i nt h e g r i d e n v i r o n m e n t n e t a p _ t r a v e l i n ga g e n tp r o n e m 】a sb e e ns t u d i e di nt h i st h e s i s w e g i v eav a r i a n to f 1 ：a pi nt h eg r i de n v i r o n m e n t , w h i c ha s s o c i a t e dw i t h t h ec h a r a c t e r i s t i co f 也ee n v i r o n m e n t b a s e do nt h ed e e ps t u d yo f t r a d i t i o n a la n tc o l o n ya l g o r i t h m ，w ep r o p o s eam o d i f i e da n tc o l o n y a l g o r i t h m t h a ti su s e dt os o l v et h et a pp r o b l e mi nt h e g r i d e n v i r o n m e n t w es t u d yt h es e l e c t i o nr e g u l a t i o n , n o d ep h e r o m o n ea n d r e n e w a lr u l eo f n o d ep h e r o m o n eo ft h em o d i f i e da l g o r i t h m ，a n dg i v e q u a n t i f i e de x p r e s s i o n sa n dd e s c r i p t i o no ft h ea l g o r i t h m t h em o d i f l e d a l g o r i t h m i si m p l e m e n t e da n dt h ee f f e c ti sv e r i f i e dt h r o u 出s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t s k e yw o r d s ：g r i d ，m o b i l ea g e n t ，g r i ds e r v i c e ，o g s ai t i n e r a r yd e c i s i o n 北京交通大学硕士学位论文 第一章绪论 1 i 研究背景和意义 1 1 1 网格的概念与应用 网格( g r i d ) 技术是当前计算机领域研究的焦点之一。对网格的概念有 很多种不同的解释，常见的有： o 网格是下一代的i n t e m e t ； o 网格就是方便的资源管理，有效支持广域分布的、多领域的科学与 工程问题解决的中间件系统； o 网格是建造分布式科学计算环境的一种一体化方法，这一环境包括 计算、数据管理、科学仪器以及人的协作： o 网格技术就是在动态变化的、拥有多个部门或团体的复杂虚拟组织 内，灵活、安全地实现资源共享与问题求解。 这些不同的解释，代表了不同研究领域的人们从各自的角度对网格的 理解，要对网格做一个统一的定义确实很难。 我们的理解是，网格代表了一种先进的技术和基础设旌，它改变了人 们对网络、共享、协作的内容、方式的认识。如同互联网改变了人们传统 的通信方式和通信手段一样，它将改变人们传统的计算方式和计算手段， 网格技术将为人们提供更强大、更方便、更高级的问题求解手段。这里的 “计算”，不单指通常意义上的科学计算，而是更为广义的计算，它包括所 有对数据、信息、知识等资源进行的处理过程。 网格系统是用高速网络把地理上分布的异构的计算资源，存储资源， 数据资源，信息资源以及一些设备连接起来所形成的系统。与以前的并行 系统相比较，网格系统建立在i n t e m e t 环境上，穿过多个组织和管理领域， 系统内不仅包括计算资源、存储资源、数据资源等，而且包括一些其他设 备，如卫星设备，气象传感器等，它们也是网格的一部分，参与网格的运 作，为分散在各地的用户提供需要的服务。由于这些设备、资源的异构性 以及全球网络环境的复杂多变，建立能安全、高效地运行并行程序的网格 系统是一个很有价值的研究方向。 网格技术在诞生初期，是与超级计算紧密联系在一起的，即把分布在 广域网、尤其是i n t e m e t 上的空闲计算资源综合起来以提供巨大的计算能 力，进行大量的科学、工程仿真运算，这就是早期研究的计算网格 ( c o m p u t a t i o n a lg r i d ) 。后来：网格的应用范围被拓宽了，相继出现了访问 网格( a c c e s sg r i d ) ，数据网格( d a t ag r i d ) 、以数据为中心的网格 北京交通大学硕士学位论文 ( d a t a c e n t r i eg r i d ) 、信息网格( i n f o r m a t i o ng r i d ) ，服务网格( s e r v i c ec r r i d ) ， 知识网格( k n o w l e d g eg r i m ，商业网格( b u s i n e s sg r i d ) 等等，每种网格根 据应用领域的不同，功能也各有侧重。 随着对网格研究的深入和网格软件的日趋成熟，网格技术已经从科学 研究领域渗透到其他领域，特别是全球网格论坛( g g f ) 提出了开放网格 服务结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) ，实现了w e b 服务与网 格计算( o l o b u s ) 的整合，使0 g s a 既能充分发挥g l o b u s 已有技术的优 势，又能根据w e b 服务提供的标准机制使网格功能的具体实现和接口定 义相分离。此外，由于w e b 服务在商业界的广泛使用，也促使网格能尽 快从学术界走向商业界，从而真正进入“社会使用”阶段。 l - 1 2 网格服务基本思想 2 0 0 2 年2 月，g g f ( g l o b a lg r i df o r u m ，全球网格论坛全球网格论坛) 把影响最大的网格项目o l o b u s 中的技术与当前影响广泛的商用的w 曲服 务( w e bs e r v i c e ) 技术标准相融合，提出了以服务为中心的开放网格服 务结构o g s a ( o p e ng r i ds e r v i c e sa r c h i t e c t u r e ) ，其中定义了“网格服务 ( g r i ds e r v i c e ) ”的概念，即提供一组定义好的接口，遵循明确约定的 w e b 服务。 网格服务继承并扩展了w e b 服务的功能。也有人认为网格服务就是一 种w e b 服务。基于网格服务的概念，o g s a 将网格中的一切都抽象为服务， 包括计算机、程序、数据、仪器设备等，由此，整个网格就可以看作是“网 格服务”的集合，但是这个集合不是一成不变的，而是可以扩展的，这反 映了网格的动态特性。 网格服务通过定义接口来完成不同的功能，如用于解决服务发现、动 态服务创建、服务生命周期管理等与临时服务有关的问题。服务数据是关 于网格服务实例的信息，因此网格服务可以简单地表示为“网格服务= 接 口行为+ 服务数据” 基于o g s a 的网格服务可以分为四个类别：网格核心服务、网格程序 执行服务、网格数据服务、特定领域的服务。前三个类别代表g g f 研究 或工作小组的当前工作领域。其中，网格核心服务又由四种主要的服务类 型组成，即服务管理、服务通信、策略服务和安全服务。服务管理提供相 关功能来管理分布式网格中部署的服务，执行维护、监控和诊断任务，还 提供相关的功能用于收集和交换关于网格操作的数据。安全服务提供了一 种使不同操作系统能够安全地互操作的方式，支持、集成和统一流行的安 全模型、机制、协议和技术。网格程序执行服务则用于支持高性能计算、 并行计算和分布式协作等分布式任务的执行。网格数据服务定义了接口以 支持数据虚拟化的概念，并提供与多种类型信息的分布式访问相关的机制。 北京交通大学硕士学位论文 1 1 3 网格环境中移动a g e n t 技术的应用 如前所述，o g s a 中提供了一组定义好的接口以实现基本网格服务， 但为了体现网格的多样性，o g s a 只规定了这些网格服务的最基本功能和 行为，例如怎样创建服务，服务的命名机制，服务生命周期的决定，服务 的通信方式等，而不规定服务的内部行为方式，也就是说o g s a 不解决 编程模型、编程语言、实现工具和执行环境上的难题，这就增加了网格系 统的灵活性，使开发者可以采用不同的方式构建网格高级服务。同时，以 什么样的方式实现这些服务来提高效率，满足用户需求，方便用户的访问， 也成为未来网格的重要研究方向之一。 移动a g e n t 是一个独立运行的计算机程序，可以自主的在异构网络上 按照一定的规程迁移，寻找合适的资源，完成用户给定的任务。由于移动 a g e n t 具有移动性、自主性、智能性等特点，使之突破了传统分布式计算 模式的诸多限制，为分布式计算带来新的计算模式和思路。本文研究的出 发点就是，借助移动a g e n t 的技术优势，实现高效的、智能的网格服务。 移动a g e n t 技术，相比于远端过程调用( r p c ) 、进程迁移( p r o c e s s m i g r a t i o n ) 、代码移动等传统的分布式任务运行方式，具有很大优势。移 动a g e n t 能够代表网格服务或用户自主地在网格节点间移动，获取并处理 需要的数据，最后返回结果。 以往用传统的方式，用户要进行大型数据库中海量数据的处理时，需 要把大量数据分别传输到进行处理的节点上，这既大大增加了网络传输 量，又增加了数据处理的时间。采用移动a g e n t 技术，利用其移动特性， 可以把计算或数据处理移动到数据所在地来进行，只把处理过的用户需要 的最终数据返回给应用程序和用户，这样可以节约大量带宽，减轻网络负 载，加速任务的完成。移动a g e n t 迁移到其他网格服务节点执行任务时， 它的源节点和目的节点间不需要保持网络连接，移动a g e n t 可以在网络连 接恢复后才返回数据，这对通过无线网络连接到网格中的移动用户是极其 重要的，他们可以在派遣移动a g e n t 去执行任务后暂时断开网络，等再次 连接网络时接收结果。移动a g e n t 的这种行为方式尤其适合于低带宽、高 延迟、不稳定的广域网络环境，可以大大增加建立在广域网络上的网格系 统的灵活性。 此外，移动a g e n t 还具有自主性、自治性、交互性、智能性和安全性 等特点。移动a g e n t 的自主性和自治性，使其能够适应网格动态变化的特 点，在网格环境中自主的决定自己的行为；移动a g e n t 的交互性，提供了 很好的协同工作能力，有助于实现网格环境中同一组织相关企业协同使用 资源，共同完成工作，使系统更加智能化；移动a g e n t 的移动性和容错能 力也使网格系统具有更强n - g 错能力。 北京交通大学硕士学位论文 所以，我们在网格环境中使用移动a g e n t 作为应用程序和网格服务的任 务载体，可以充分发挥它的上述优点，减轻网格服务及应用程序开发者和 用户的负担，增强应用程序对复杂多变的网格环境的适应性，使网格系统 更容易为用户所使用，增加网格的吸引力，促进网格系统的社会化，使它 能真正为人们所接受，实现更为普及的应用。 1 1 4 网格技术的发展与研究现状 网格的发展大致可以分为三个阶段：第一阶段是网格的萌芽阶段，开 始于9 0 年代早期，研究内容是关于干兆网试验床以及一些元计算方面的 工作；第二阶段是一些早期的试验，时间大概从9 0 年代中期到晚期，出 现了一些比较重要的开创性和奠基性的研究项目，比如i - w a y ，g l o b u s ， l e g i o n 等；目前是网格计算的迅速发展阶段，关于网格的研究、开发和 应用项目大量出现，出现了影响很大的组织全球网格论坛g g f ( g l o b a l g r i df o r u m ) ，同时网格计算也不再仅仅局限于科学研究，工业界与学术 界联盟，正致力于使网格计算在更广泛的领域得到推广和应用。 最近几年，网格已经成为i t 业界的一大热点，被誉为继i n t e r n e t 和w e b 之后的“第三个信息技术浪潮”。从美国、欧洲、日本等发达国家 到印度等一些发展中国家，都启动了大型网格研究计划，并得到了产业界 大力支持。英国政府已投资1 亿英镑，研发“英国国家网格”。美国政府 用于网格技术的基础研究经费达5 亿美元。美国军方正规划实施巨型网格 计划“全球信息网格”，预计2 0 2 0 年完成。 各主要i t 厂商，如i b m 、s u n 、m i c r o s o l r 、h p 、c o m p a q 等知名企业， 也积极开展网格计算的研究开发。2 0 0 1 年8 月，m m 公司宣布在网格计 算领域投资4 0 亿美元，在全球建设4 0 家数据中心，正式进入网格计算领 域。从2 0 0 3 年起，i b m 网格战略以5 个重点领域( 航空航天、汽车、金 融、政府和生命科学) 为中心，推出1 0 种结构化产品和功能，旨在帮助 客户在获得网格计算带来的好处的同时，向随需即用( e b u s i n e s so n d e m o n d ) 的电子商务迈进。i b m 公司利用网格技术，帮助汽车及航空航 天工程师们加快碰撞分析的速度，帮助m a g n a s t e y r ( 世界领先的汽 车工程设计供应商) 在仅仅一个晚上的时间内完成对全车所有组件的分 析，而在过去，完成这样的分析需要数天的时间。 其他的大公司也不甘其后，s u n 公司2 0 0 1 年的g r i de n g i n e 开放源项 目，大大促进了网格计算技术在全球的应用。c o m p a q 宣布正在制定一个 全球性的网格计算解决计划，向寻求网格计算系统的客户提供软硬件和技 术支持，并建立了网格计算高级研究中心，继续对该技术进行研究。日本 n t t 宣布于2 0 0 2 年中期开展为期6 个月的网格计算试验，参与者包括了 i n t e l 、s g i 等。这些研究促使网格技术在企业的应用日益增多。 4 北京交通大学硕士学位论文 我国也投入了大量的人力、物力进行网格技术的研究和系统的开发。 仅2 0 0 2 年公布的8 6 3 网格专项，就拨出了3 亿元的资金用于c h i n ag r i d 关的 研究，主要任务是研制面向网格的万亿次级高性能计算机、具有数万亿次 聚合计算能力的高性能计算环境，开发具有自主知识产权的网格软件，建 设科学研究、经济建设、社会发展和国防建设急需的重要应用网格，制定 若干与网格相关的国家标准，参与制定国际标准，使一批发明专利和软件 获得受理和登记，形成自主知识产权。重点实施的研究项目有：“九五”8 6 3 计划“国家高性能计算环境( n h p c e ) ”项目，8 6 3 支持的“中国国家网格” ( c h i n an a t i o n a lg r i d ，简称c n g r i d ) 项目，清华大学网格研究组的先进 计算基础设施a c i ( a d v a n c e dc o m p u t a t i o n a li n f r a s t r u c t u r e ) 项目，中科院计算 所推出“织女星网格( v e g ag r i d ) ”服务网格( s e r v i c eg r i d ) ，教育部支持的 “中国教育科研网格项目( c h i n a g r i d ) ”。此外，还有由多所上海的大学参 加开发的“上海教育科研网格”、由航天二院和清华大学共同开展的“仿 真网格”等多项研究。 1 2 论文的主要工作 基于上述对网格和移动a g e n t 技术的分析，本文研究的出发点就是， 如何借助移动a g e n t 具有的移动性、智能性、自治性等特点与优势，实现 高效的、智能的网格服务。围绕这一基本出发点，本文在0 g s a ( 开放网 格服务结构) 基础上，设计了一种网格服务实现方案，即以移动a g e n t 作 为网格中应用程序及网格服务的载体来实现网格服务。此外，本文还对网 格环境中移动a g e n t 路由规划，即网格环境中的旅行a g e n t 问题( t a p ) 及其求解算法进行了研究，对传统蚁群算法加以改进，用于求解网格环境 中的t a p 问题，以优化移动a g e n t 访问网格服务节点的次序和路径，提高 网格服务的效率。 本文的主要工作和成果如下： 1 对网格技术进行了系统的研究。从网格概念、网格需求、网格特 点、网格应用等方面进行分析介绍，对两种重要的网格体系结构以协 议为中心的“五层沙漏“网格体系结构和以服务为中心的开放网格服务体 系结构o g s a ，作了细致的分析和研究。 2 仔细研究了移动a g e n t 及其关键技术。阐述了移动a g e n t 的概念、 特点、应用领域以及典型的移动a g e n t 系统等方面内容，分析研究了移动 a g e n t 系统模型结构。 3 对g l o b u s 项目组推出的网格应用开发工具包g t 3 ( g l o b u s t o o l k i t 3 0 ) 进行了研究。对g l o b u st o o k i t 3 0 的体系结构、编程模型以及生成 网格服务的方法进行了详细地阐述。 北京交通大学硕士学位论文 4 对以移动a g e n t 为任务载体的网格服务进行了研究。分析和讨论 了将移动a g e n t 作为应用程序和网格服务的任务载体的基本思想，设计了 基于移动a g e n t 的网格服务层次结构和工作机制。以o l o b u st o o k i t 3 0 等 为工具，通过一个网格服务实例的创建实现上述基本思想和设计。 5 对网格环境中移动a g e n t 迁移策略及其路由规划进行了研究。详 细研究了t a p 问题，并结合网格环境特点，提出了网格环境中的t a p 问 题。在对传统蚁群算法进行深入研究的基础上，提出改进的蚁群算法，用 于求解网格环境中的t a p 问题。改进算法的核心就是采用节点激素和路 径激素来同时反映网格中不同节点的服务能力和负载状态以及它们的变 化，更加适合网格环境的动态性特征。本文还对该算法的选路规则、节点 激素及路径激素更新规则等内容进行研究，给出了定量表达式和算法描 述。通过仿真实验，对该算法予以实现并进行效果的验证。 1 3 论文的章节安排 论文的主要章节安排如下： 第一章：绪论。主要介绍本文的研究背景、研究意义、论文的主要研 究内容和章节安排。 第二章：网格技术研究。主要介绍网格的相关内容，包括网格的概念、 特点、需求、应用、发展趋势，对网格的两种体系结构，以协议为中心的 “五层沙漏”网格体系结构和以服务为中心的开放网格服务体系结构 o g s a 进行了深入的研究和比较。 第三章：移动a g e n t 技术。主要陈述了移动a g e n t 的相关内容，包括 移动a g e n t 的概念、特点、应用、发展现状与存在问题等内容，分析归纳 了移动a g e n t 系统分层及模块化结构及其实现的关键技术，并介绍了典型 移动a g e n t 系统开发平台a g l e t 。 第四章：g l o b u s t o o k i t 3 0 。本章主要介绍了g l o b u s 项目组推出的用 于开发网格应用的工具包o t 3 ( g l o b u st o o k i t 3 0 ) ，对g l o b u st o o k i t 3 0 的体系结构、编程模型以及生成网格服务的方法进行了研究。 第五章：以移动a g e n t 为任务载体的网格服务研究。分析论证了将移 动a g e n t 作为应用程序访问网格服务的分布式任务载体的可行性和优势， 设计了以移动a g e n t 为载体的网格服务层次结构和工作机制，并结合任务 的类型以及根据任务需求，对网格中的移动a g e n t 予以分类，根据它们的 任务需求和特点分别研究它们的基本行为模式。利用g l o b u st o o l k i t 3 0 等 工具，创建了一个简单的以移动a g e n t 为载体的网格服务实例，实现上述 基本思想和设计。 第六章：网格环境中移动a g e n t 路由规划研究。通过研究分析移动 6 北京交通大学硕士学位论文 a g e n t 的路由规划问题，即旅行a g e n t 问题( t a p 问题) ，结合网格环境特 点，提出网格环境中t a p 问题，并分析其特点和变化。研究传统蚁群算 法及其工作原理，针对网格环境中t a p 问题，提出改进的蚁群算法，作 为网格环境中移动a g e n t 迁移时的路径选择算法，其核心就是采用节点激 素和路径激素来同时反映网格中不同节点的服务能力和负载状态以及它 们的变化。对改进的蚁群算法的选路规则、节点激素及路径激素更新规则 等内容进行研究，给出了定量表达式和算法的基本描述。最后通过仿真和 比较实验，对改进的蚁群算法和传统蚁群算法进行比较，并对改进的蚁群 算法动态规则进行效果的验证。 第七章：总结与展望。总结了全文的主要研究内容，并对下一步工作 的重点做了论述。 北京交通大学硕士学位论文 2 1 网格概述 第二章网格技术研究 2 1 1 网格的概念 网格是借鉴电力网( e l e c t r i cp o w e rg r i d ) 概念提出来的。网格的最终 目的，是希望用户在使用网格计算能力时，就如同现在使用电力样方便。 我们在使用电力时，不需要知道它是从哪个地点的发电站输送出来的，也 不需要知道该电力是通过什么样的发电机产生的，不管是水力发电，还是 通过核反应发电，我们使用的是一种统一形式的“电能”。网格也希望给最 终的使用者提供与地理位置无关、与具体计算设施无关的通用的计算能力。 随着网格研究的深入，网格的概念和对网格的认识在不断发展变化， 同时由于研究者站在不同角度上，他们对网格的认识也是不同的，所以到 目前为止，网格还没有一个普遍接受的定义。1 9 9 8 年，“网格之父”i a nf o s t e r 这样描述网格：“网格是建立在互联网上的一组新兴技术，它将高速互联网、 高性能计算机、大型数据库、传感器、远程设备等融为一体，为科技人员 和普通人提供更多的资源、功能和交互性。互联网主要为人们提供电子邮 件、网页浏览等通信功能，而网格功能则更多更强，让人们透明地使用计 算、存储等其他资源。”2 0 0 1 年i a nf o s t e r 进一步把网格描述为“在动态变 化的多个虚拟机构间共享资源和协同解决问题”。其核心概念是：在一组 参与节点( 资源提供者和消费者) 中协商资源共享管理的能力，利用协商 得到的资源池共同解决一些问题。 i a nf o s t e r 还指出，网格必须同时满足三个条件： 1 协调非集中控制资源网格整合各种资源，协调各种使用者，这 些资源和使用者在不同控制域中。比如，个人电脑和中心计算机，相同或 不同公司的不同管理单元。 2 使用标准，开放，通用的协议和界面网格建立在多功能的协议 和界面之上，这些协议和界面解决认证，授权，资源发现和资源存取等基 本问题。 3 得到非平凡的服务质量网格允许它的资源被协调使用，以得到 多种服务质量，满足不同使用者需求，使得联合系统的功效比其各部分的 功效总和要大得多。 有许多研究者认为i a nf o s t e r 对网格的定义过于严格，因而提出了与之 相对的广义的网格概念，即巨大全球网格g g g ( g r e a tg 1 0 b a lg r i d ) ，它不 仅包括计算网格、数据网格、信息网格、知识网格、商业网格，还包括一 些已有的网络计算模式，例如对等计算p 2 p 偿e e r t op e e r ) 、寄生计算等。 北京交通大学硕士学位论文 中科院计算所李国杰院士认为：“网格可以称作是第三代i n t e m e t ，其主 要特点是不仅仅包括计算机和网页，而且包括各种信息资源，例如数据库、 软件以及各种信息获取设备等，它们都连接成一个整体，整个网络如同 台巨大无比的计算机，向每个用户提供一体化的服务。”传统互联网实现了 计算机硬件的连通，w e b 实现了网页的连通，而网格则试图实现互联网上 所有资源的全面连通。 我们的理解是，网格代表了一种先进的技术和基础设施，它改变了人 们对网络、共享、协作的内容、方式的认识。如同互联网改变了人们传统 的通信方式和通信手段一样，它将改变人们传统的计算方式和计算手段， 网格技术将为人们提供更强大、更方便、更高级的问题求解手段。这里的 “计算”，不单指通常意义上的科学计算，而是更为广义的计算，它包括所 有对数据、信息、知识等资源进行的处理过程。 网格系统是用高速网络把地理上分布的异构的计算资源，存储资源， 数据资源，信息资源以及一些设备连接起来所形成的系统。与以前的并行 系统相比较，网格系统建立在i n t e m e t 环境上，穿过多个组织和管理领域， 系统内不仅包括计算资源、存储资源、数据资源等，而且包括一些其他设 备，如卫星设备，气象传感器等，它们也是网格的一部分，参与网格的运 作，为分散在各地的用户提供需要的服务。 2 1 2 网格的特点 网格作为一种新出现的重要基础性设施，具有以下特点： 分布性。这是网格最主要的特点。网格的分布性首先是指网格资源的 分布性。组成网格的计算能力不同的计算机，各种类型的数据库乃至电子 图书馆，以及其他的各种设备与资源，是分布在地理位置不相同的多个地 方，而不是集中在一起的。分布的网格一般涉及的资源类型复杂，规模较 大，跨越的地理范围较广。因为网格资源是分布的，因此，基于网格的计 算一定是分布式计算而不是集中式计算。 共享性。网格资源虽然是分布的，但它们却是可以充分共享的，即网 格上的任何资源都可以提供给网格上的任何使用者。共享是网格的目的， 没有共享便没有网格，解决分布资源的共享问题是网格的核心内容。这里 共享的含义是非常广泛的，不仅指一个地方的计算机可以用来完成其他地 方的任务，还可以指中间结果，数据库，专业模型库，以及人才资源等各 方面的共享。 自相似性。自相似性在许多自然和社会现象中大量存在，一些复杂系 统往往都具有这种特性，网格就是这样。网格的局部和整体之间存在着一 定的相似性，局部往往在许多地方具有全局的某些特征，而全局的特征在 局部也有一定的体现。 + 北京交通大学硕士学位论文 动态性。网格中的资源或者功能不是一成不变的，原来拥有的资源或 者功能在下一时刻可能就会出现故障或者不可用，而原来没有的资源可能 随着时间的推移不断加入进来。网格动态性包括动态增加和动态减少两个 方面的含义，这也是网格管理时必须考虑的问题。 多样性。网格资源是异构和多样的。在网格环境中可以有不同体系结 构的计算机系统和类别不同的资源，因此网格系统必须能够解决这些不同 结构、不同类别资源之间的通信和互操作问题。 自治性和管理的多重性。网格上的资源首先是属于某一个组织或个人 的，因此网格资源的拥有者对该资源具有最高级别的管理权限，网格应该 允许资源拥有者对他的资源有自主管理能力，这就是网格的自治性。同时， 网格资源还必须接受网格的统一管理，否则不同的资源就无法建立相互间 的联系，无法实现共享和互操作，无法作为一个整体为更多的用户提供方 便的服务。因此网格的管理具有多重性，一方面它允许资源拥有者对网格 资