（计算机软件与理论专业论文）移动agent的通信问题研究.pdf

摘要 作为人工智能与分布式计算技术相结合的产物，移动a g e n t 技术已经成为 分布式计算研究的热点。移动a g e n t 本质上是代表用户在网上寻找合作伙伴， 进行交互并最终完成用户指派的任务的一个对象。在移动a g e n t 系统中，移动 a g e n t 的迁移移动a g e n t 的协同工作，都要依靠通信来支持。因此，通信在 移动a g e m 系统中必不可少，通信的可靠性决定了任务完成的质量，并且协作 性也是移动a g e n t 的必然要求。a g e n t 问的协作是一个非常具有挑战性的移动 a g e m 关键技术，目前移动a g e n t 系统中，对软件a g e n t 的协作性的支持主要集 中于通信机制的研究。 在传统的分布式计算环境中，对象一旦被创建，他们的位置便固定下来。 在整个生命期内不会改变，发送方只需得到接收方的当前位置即可始终与之通 信。但是在基于移动a g e n t 的计算环境中，由于移动a g e n t 的位置可能经常变 动，因此a g e m 之间进行通信需要考虑以下问题：如何实现对分布式环境下的 移动a g e m 位置无关的命名；如何实现移动a g e n t 的定位；当移动a g e n t 迁移 时，如何处理正在发送给a g e n t 的消息：如何解决移动a g e n t 通信失效的现象。 针对以上问题不少专家学者提出了好几种位置追踪与消息转发方案，例如广播 法、链状追踪法，基站法和集中注册法等。尽管这些方法各有所长，但在追踪 效率、可扩展性和通信可靠性等方面存在不足。 为解决以上问题，本文提出了一种保证移动a g e n t 间可靠高效通信的通信 模型。该模型引入邮箱机制，作为消息发送的中转站，并防止消息追逐现象的 出现：将a g e m 的位置信息分布地存储在a g e m 的出生地( 也是a g e n t 的邮箱所 在地) 和a g e m 当前所在的主机上，减轻了a g e m 主机的负担，避免产生瓶颈， 同时还能及时检测出意外死亡的a g e n t ：将消息分为紧急消息和般消息，保 证紧急消息尽可能早的发送给目标a g 咖；引入能量控制机制，仅需本地通信 就能够实现对一些无用a g e n t 的侦测，防止一些a g e n t 无限制地占用网络和主 机的资源。 最后，论文对该模型的性能进行分析，并和目前其他典型的通信模型进行 比较，分析了该模型的可靠性、异步性和稳定性。总的来说，该通信模型具有 结构灵活、效率较高，通信可靠性强等优点，为在其上进行各种后继研究奠定 了良好基础 关键词：移动a g e n t ；通信模型；通信机制；通信失效： a b s t r a c t m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y , w h i c hc o m b i n e sa r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ( a dw i t h d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g , h a sb e e nah o t s p o ti nr e s e a r c ho fd i s t r i b u t e dc o m p u t i n ga n d a i e s s e n t i a l l y , m o b i l ea g e n ti sa l lo b j e c tt h a tl o o k sf o rc o o p e r a t o r si nt h ei n t e m c t o n b e h a l fo fau s e f a n dc o o p e r a t 路w i t ho t h e ra g e n t si no r d e rt oi m p l e m e n tt h et a s ko f t h eu s e r i nam o b i l ea g e n ts y s t e m , t h em i g r a t i o no fm o b i l ea g e n t sa n dt h e c o l l a b o r a t i o nb e t w e e nm o b i l ea g e n t sb o t hd e p e n do nc o m m u n i c a t i o n t h e r e f o r e ， c o m m u n i c a t i o ni sv e r yi m p o r t a n tf o rt h em o b i l ea g e n ts y s t e m s ，a n dt h eq u a l i t yo ft h e t a s k s f u l f i l l i n gs h o u l db ed e c i d e db yt h er e l i a b i l i t yo fc o m m u n i c a t i o n , a n da l s o c o o p e r a t i o ni s t h ee s s e n t i a ld e m a n do fm o b i l ea g e n t c o o p e r a t i o ni sav e r y c h a l l e n g i n gi s s u eo fm o b i l ea g e n tk e yt e c h n o l o g y a tp r e s e n t , t h ec o o p e r a t i o no f m o b i l ea g e n t sm a i n l yf o c u s e so nt h er e s e a r c ho f c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m i nt r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e dc o m p u t i n gm o d e l t h ep o s i t i o no fo b j e c ti s 五x e da n d n o tc h a n g e di nt h ew h o l el i f ec i r c l es i n c ei ti sc r e a t e d s ot h em e s s a g es e n d e ri se a s y t og e tt h el o c a t i o no fa t a r g e tm o b i l ea g e n tf o rc o m m u n i c a t i o n b u tf o ram o b i l e a g e n t ，i t sp o s i t i o nm a y b ec h a n g e df r e q u e n t l y , t h ef o l l o w i n gp r o b l e m sn e e dt ob e c o n s i d e r e du n d e rm o b i l ea g e n tc o m p u t i n gm o d e ：f i r s t l y , h o wt og i v eap o s i t i o n i n d e p e n d e n c en a m i n gm e t h o df o rm o b i l ea g e n ti nd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n t s e c o n d l y , h o wt oi m p l e m e n tt r a n s p a r e n tl o c a t i n go fam o b i l ea g e n t t h i r d l y , h o wt oh a n d l e m e s s a g e st h a ta r es e n tt om o b i l ea g e n tw h e ni ti sb e i n gi nt h ep r o c e d u r eo fm i g r a t i o n f i n a l l y , h o wt o r e s o l v et h ep r o b l e mo fc o m m u n i c a t i n gi n v a l i d a t i o n m a n y r e s e a r c h e r sh a v ep u tf o r w a r ds o m ek i n d so fs o l u t i o n so fa g e n tl o c a t i o nt r a c k i n g ， m e s s a g es t o r a g ea n dt r a n s f e rf o rp r o b l e m sa b o v e ，s u c h a sb r o a d c a s t i n gm e t h o d ，l i n k t r a c i n gm e t h o d , h o m ep r o x ym e t h o dc e n t r a lr e g i s u a f i o nm e t h o d , a n de r e a l t h o u g ht h e s em e t h o d sh a v et h e i ra d v a n t a g e sr e s p e c t i v e l y , t h e r e a r es o m e d i s a d v a n t a g e si nt r a c i n ge f f i c i e n c y , e x p a n s i b i l i t ya n dc o m m u n i c a t i o nr e l i a b i l i t y i no r d e rt or e s o l v et h ep r o b l e m sa b o v e ，t h i st h e s i sp r o p o s e sar e l i a b l ea n d h i g h p e r f o r m a n c em o b i l ea g e n tc o m m u n i c a t i o nm o d e l i nt h i sm o d e l ，m a i l b o xi s u s e dt ob et h ew a n s f e ro fm e s s a g es e n d i n g , w h i c hc a na l s op r e v e n tt h ep h e n o m e n a l o fm e s s a g ec h a s i n g ；t h ep o s i t i o ni n f o r m a t i o no fm o b i l ea g e n ti sn o to n l ys t o r e di n t h eh o m ep l a c eo ft h ea g e n t s ，w h i c hi st h ec o m p u t e rw h e r ei t sm a i l b o xi ss t o r e d , b u t a l s os t o r e di nt h ec o m p u t e rw h e r et h ea g e n t si sr e s tn o w , s ot h a t , t h eb u r d e no fi t s h o m ep l a c ec a l lb er e d u c e d , t h en e c k b o t t l ec a nb ea v o i d e d , a n dt h es u d d e n - d e a d a g e n t sc a nb ed e t e c t e di nt i m e ；m e s s a g e sa l ed i “d c di n t ot w op a r t s u r g e n tm e s s a g e s a n de c u m e n i cm e s s a g e s a n de n s u r et h a tt h eu r g e n tm e s s a g e sc a nb es e n tt ot h et a r g e t a g e n t sa ss o o na sp o s s i b l e ；e n e r g yc o n t r o lm c c h a n l s mi su s e 吐s ot h a tt h eu s e l e s s a g e n t sc a rb ed e t e c t e dt h r o u g hl o c a lc o m m u n i c a t i o n , a n dt h eu n l i m i t e d l yo c c u p y i n g o f n e t w o r ka n dc o m p u t e rr e s o u r c e sw o u l dn e v e re x i s t f i n a l l y , w ea n a l y z et h ep e r f o r m a n c eo ft h i s c o m m u n i c a t i o nm o d e l , a n d c o m p a r e i tw i t ho t h e rc u r r e n t t y p i c a l m o d e l s t h e nd i s c u s si t s r e l i a b i l i t y , a s y n c h r o m s m , a r ds t a b i l i t y i ng e n e r a l ，t h i si saf l e x i b l e - s t r u c t u r e 吐h i g h p e r f o r m a n c e a n dh i g h - r e l i a b i l i t ym o d e lf o rm o b i l ea g e n tc o m m u n i c a t i o n t h e s ea d v a n t a g e sm a k e ag o o df o u n d a t i o nf o rs u b s e q u e n tr e s e a r c h k e yw o r d s ：m o b i l ea g e n t ；c o m m u n i c a t i o nm o d e l ；c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ； c o m m u n i c a t i n gi n v a l i d a t i o n ； i v 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含为获得翔奄状；或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名： 身欠豆签字日期：现一7 年牛月 r 日 1 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解装弧尺菁有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阒。本人授啪番b 审以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：i 1 正 导师签名： 乒1 l 荔聋 签字日期：瑚7 年妒月，日 签字日期：。7 年舻月砧哥 学位论文作者毕业去向： 3 - 作单位： 电话： 通讯地址：邮编： 第一章引言 第一章引言 1 1 论文选题的目的和意义 进入2 0 世纪9 0 年代以来，随着i n t e r n e t 的迅猛发展，网络应用领域日益广 泛化和复杂化。网络已经成为人们日常生活工作不可缺少的一个重要组成部分， 这就使得计算机应用从集中式、单机式系统走向分布式系统。以单一服务器为 中心的c l i e n t s e r v e r 的分布式计算模式已经难以适应用户的要求，随着分布式 技术与人工智能的发展，移动a g e n t 技术成为新一代分布式处理的研究热点。 移动a g e n t 是一个能在异构网络中自主的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。移动a g e n t 可利用其自身可移动的特点， 在异构的网络上寻找合适的资源完成用户提出的任务。与传统的远程过程调用 方式( r e m o t cp r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 1 1 相比，它具有支持断网操作、减轻网络负 载、动态适应网络等优点，将广泛应用于电子商务、信息发布、监视和通知、 分布信息查询、并行处理等领域。移动a g e n t 的出现为克服网络受低带宽、高 时延的限制提供了一个崭新的思路。 用户创建的移动a g e n t 可以异步的在不同节点运行，任务完成后再将结果 传送给用户。其本质上是代表用户在网上寻找合作伙伴，进行交互并最终完成 用户指派的任务的一个对象，因此协作性是移动a g e n t 的本质属性。多个a g e n t 通过通信( c o m m u n i c a t i o n ) 与交流，实现a g e n t 之间的协作( c o o p e r a t i o n ) 提高 服务质量【2 】。通信在移动a g e n t 系统中必不可少。移动a g e n t 的迁移，移动a g e m 的协同工作，都要依靠通信来支持。通信的可靠性决定了任务完成的质量。 目前对移动a g e n t 的研究涉及迁移机制、通信框架、安全体系等几方面技术。 其中迁移机制是移动a g e n t 的核心技术，设计良好的迁移机制己成为移动a g e m 顺利完成通信任务的必要保证。 1 2国内外相关领域研究现状 目前在移动a g e n t 系统中，对a g e n t 协同性的支持主要集中于对通信机制 移动a g e n t 的通信问思研究 的研究 代表性的研究工作有两类：一类是基于知识交抉的k q m l ( k n o w l e d g e q u e r ya n dm a n i p u l a t i o nl a n g u a g e ) 等a g e n t 通信语言( 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 ，a c l ) 研究工作，另一类是基于消息传递的a g l e t s 等系统。由于高层 的a g e n t 通信语言是建立在低层的消息传递机制的基础上，如果能够设计一种 高效的消息传递机制，那么再在其上层实现a c l 就比较容易做到。而且，目前 移动a g e n t 系统尚未达到实用化的阶段，我们也应把主要精力投入到底层基础 设施的构建之上。所以，本论文的工作属于第二种类型，即提出一种底层的移 动a g e n t 系统消息传递机制。 目前有关移动a g e n t 通信的研究主要集中在以下三个方面：( i ) 如何保证通 信的可靠性；( 2 ) 如何提高系统的通信效率；( 3 ) 如何更好地支持m a ( m u l f ia g e n t s ) 协作 目前针对移动a g e m 通信机制的实现方法大致可以归纳为以下几类： ( 1 ) 广播机制，消息从根节点开始发送，按照某种规则( 如深度优先、广度 优先) 遍历网络中所有结点。广播机制是一种纯分布式的机制，在局域网内部是 一种简单的寻址方式但在广域网范围内是无法接受的。且m u r p h y p l 曾论证， 仅仅通过简单的广播是无法实现a g e n t 消息的可靠传输的。 ( 2 ) 消息转发机制及其变形机制，如迁移路径上的消息转发机制、层次式 寻址和路由转发机制，这种机制实现起来也较简单并支持消息的发送和a g e n t 迁移的异步运行，可以在一定程度上加强消息发送的可靠性，但若移动a g e n t 迁移很频繁，就会存在消息追击现象；另外若a g e n t 迁移路径很长，将会导致 消息的发送时延增大，同时存储迁移地址开销增大。 ( 3 ) 基于h o m e 的寻址机制，消息先发送到h o m e 主机上，h o m e 主机根据 其记录的移动a g e n t 的当前所在主机地址将消息转发目标a g e n t ，这种机制实 现简单且迁移和消息发送的开销不大，缺点在于对h o m e 有依赖性，不支持消 息发送和a g e n t 迁移的异步运行，h o m e 瓶颈问题，以及消息的不可靠传输问 题。 ( 4 ) 基于邮箱的通信机制，由于邮箱是根据需要而决定是否随其a g e n t 迁 移，使得这种机制较为灵活，另外信箱的迁移率相对a g e n t 的迁移率小得多， 移动a g 印t 的通信问启研究 望。 第六章，本章回顾和总结了本论文的工作，并对今后进一步的研究作了展 4 第二章移动a g e n t 的基本理论 第二章移动a g e n t 基本理论 2 1 a g e n t 的概念及基本特性 二十世纪8 0 年代中后期，从事分布式人工智能( d i s t r i b u t i n ga r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ，d a d 和计算机科学的研究人员开始对a g e n t 进行研究。9 0 年代以 来，随着计算机网络、计算机通信技术的发展，移动a g e n t 作为关键技术被广 泛地应用在移动计算、电子商务( 特别是移动电子商务) 【4 悯、网络管理、分布式 信息查询( 智能搜索引擎) 、工作流管理、并行处理、信息( 软件) 分发、个人助理、 安全代理、组件技术等各个领域。a g e n t 已经成为分布式人工智能领域的一个 研究热点旧。 a g e n t 直译为“代理”，也称为“智能代理”或“智能主体”。广义上它是 指具有智能的任何实体，包括智能硬件( 如机器人) 和智能软件m 。到目前为止， 许多研究者提出了各自对a g e n t 的定义，但是至今没有一个被大多数人认可的 统一的a g e n t 的定义，不同研究领域的学者考虑各自领域的技术特点。一般认 为：a g e n t 是具有目标、知识和一定的思维能力，能作用和受作用于外部环境， 可以维持某种状态( 即保存与自身行为有关的各种数据信息) ，并能够与其它 a g e n t 相互协作的物理或逻辑实体。 a g e n t 应具备的基本特性【3 1 包括： ( 1 ) 自主性( a u t o n o m y ) ：a g e n t 的运行无需人类或其它a g e n t 的直接干预， 并能对其自身行为及内部状态进行某种控制。 ( 2 ) 社会性( s o c i a la b i l i t y ) ：能通过某种a g e n t 通信语言与其它a g e n t 进行 交互。交互主要有三种类型：协作( c o o p e r a t i o n ) 、协调( c o o r d i n a t i o n ) 和协商 ( n e g o t i a t i o n ) ( 3 ) 反应性( r e a c t i v i t y ) ：能感知它们的环境( 可以是物理世界、一个经图形 用户接口连接的用户、一系列其它a g e n t ，i n t c m c t 或所有这些的组合) ，并能对 环境的变化及时作出反应。 ( 4 ) 主动性( p r o - a c t i v e n e s s ) ：a g e n t 不但能对环境作出反应，而且它们能够 积极主动地做出使其目标得以实现的行为。 移动a g 曲t 的通信向履研究 此外，许多学者还提出了a g e n t 具有的一些其它特性，如：基于场景性 ( s i t u a t e d n e s s ) 、灵活性( f l e x i b i l i t y ) 、移动性( m o b i l i t y ) 、诚实性( v e r a c i t y ) 、友好 性( b e n e v o l e n c e ) 、理性( r a t i o n a l i t y ) 、长寿性( 或时问连贯性) 、自适应性 ( a d a p t a b i l i t y ) 等a a g e n t 可以分为移动a g e n t ( 或用户a g e n t ，u s e r a g e n t ) 和服务a g e 毗( 或系统 a g e n t ( s y s t e ma g e n q ) 。服务a g e n t 不具有移动的能力，其主要功能是向本地的 a g e n t 或来访的a g e n t 提供服务。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 。 2 2 移动a g e n t 的基本知识 2 2 1 移动a g e n t 的概念和特征 移动a g e n t 的概念在2 0 世纪9 0 年代初由g e n e r a lm a g i c 公司在推出商业系 统t e l e s g r i p t 9 1 时提出的。移动a g e n t 是一个独立运行的计算机程序，它可以自 主的在异构网络环境下，按照一定的规则移动，在网络上寻找合适的资源并利 用这些资源来完成用户提出的任务 作为软件a g e n t 技术与分布式计算技术相结合的产物，移动a g e n t 与传统 网络计算模式有着本质上的区别。移动a g e n t 不同于远程过程调用( r p c ) ，这是 因为移动a g e n t 能够不断地从网络中的一个节点移动到另一个节点，而且这种 移动是可以根据自身需要进行选择的。另外，移动a g e n t 也不同于一般的进程 迁移t “】，因为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以及迁 移到哪里，而移动a g e n t 却可以在任意时刻进行移动，并且可以移动到它想去 的任何地方。移动a g e n t 更不同于j a v a 语言中的a p p l e t 1 2 1 ，因为a p p l c t 只能从 服务器向客户机做单方向的移动，而移动a g e n t 却可以在客户机和服务器之间 进行双向移动。 移动a g e n t 迁移的内容包括其代码和运行状态。运行状态分为执行状态和 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 运行有关的数据栈的内容。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” 1 4 1 。 6 第二章移动a g e n t 的基本理论 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；弱迁移只迁移移动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。 移动a g e n t 的工作过程可描述为：移动a g e n t 被本地主机转移到远程主机 上，远程主机将会为移动a g e n t 提供一个合适的运行环境，移动a g e n t 在此环 境中完成收集信息、修改自身状态等操作后，移动到下一个远程主机上。移动 a g e n t 重复的执行工作的过程，直到生命结束。 显然移动a g e n t 应用是一种分布式应用l 。在概念上，一个基于移动a g e n t 的应用由一组移动a g e n t 构成( 正如一个面向对象的应用由一组对象构成) ，每一 个a g e n t 根据自身的目标和环境的状况移动到拥有计算所需资源的节点上进行 计算。计算的过程中，可能需要与其它a g e n t ( 可以是同一应用中的其它a g e n t ， 也可以是运行系统提供服务的公共设施a g e n t ，甚至可能是其它应用的a g e n t ) 进行通信协作。这一步的计算完成以后，该移动a g e n t 自主地决定下一步的动 作，直至其任务完成并自动消亡。 移动a 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 的最基本特性一反应性、自治性、导向目标性和针对环境性外，还具 有移动性。具体特性表现在如下几个方面： ( t ) 节约网络带宽、减小网络延迟：移动a g e n t 将计算移动到数据端，直接 在数据端进行本地处理，从而避免了大量中间数据在通信两端的传输。移动 a g e n t 一次可以携带多个服务请求移动到服务器端进行本地调用，避免了多次 远程调用，从而节省了每次远程调用的网络延迟。因此在处理的数据量大、通 信两端交互频繁、带宽不足的情况下，使用移动a g e n t 技术可以有效地节省网 络负载。 ( 2 ) 支持实时远程交互：在一些远程控制系统中，如工业控制、海底探测 器控制、外太空探测器控制、有毒环境中的监控，实时性非常重要，但是网络 的延迟使远程实时控制变得不太可能。将移动a g e n t 发送到远端系统，代替人 在远端完成各种控制活动，可以从根本上解决网络延迟问题。 ( 3 ) 封装网络协议：任何网络程序都是建立在特定的协议之上的，网络程 序的开发要求程序设计者深刻地理解低层的网络协议：随着i n t e m e t 的发展，新 7 移动a g e n t 的通信问题研究 的协议和数据格式不断地产生，随着网络协议的升级，程序需要重新编写、编 译，这些都绘网络应用的开发和维护带来困难。移动a g e n t 系统是一种中间件， 位于操作系统和应用程序之间，封装了低层网络协议，提供移动、通信、容错 和安全等基本功能，开发人员无须了解低层实现即可开发网络应用。当网络协 议升级时，只需修改移动a g e n t 系统中相关的功能实现而无需修改m a ( m o b i l e a g e n t s ) 应用程序。 ( 4 ) 支持异步自主执行：传统分布式系统中异步通信机制( 如异步消息队列) 可以异步地处理多个请求，但要求提出请求的客户端必须始终在线等待并响应 请求的回答，这对移动客户而言是不可行的。使用移动a g e n t 技术，用户可以 将整个任务而不是单个请求提交给多个a g e n t 去执行，这些a g e n t 被发送到网 上之后，可以独立于发送它们的程序，异步地、自主地、协作地完成任务，它 们的生命周期可以长于创建它们的程序。 ( 5 ) 支持离线计算：由于要求移动设备( 笔记本电脑、p d a 、手机等) 始终保 持网络连接在经济上是不可行的；无线通信的特性要求系统具有离线计算的能 力，移动设备连接在技术上也是不可行的。移动a g e n t 技术可以解决这个问题。 用户派出a g e n t 之后。可以断开网络连接，a g e n t 在网络上自主地运行当a g e n t 完成任务之后，通过转接机制( d o c k i n g ) 监视用户是否在线，当它发现用户在线 时，就返回计算结果。 ( 6 ) 支持平台无关性：移动a g e n t 的运行只和其运行环境有关，和具体的网 络结构、网络协议、计算机设备、操作系统无关，只要网络节点上装有移动a g e n t 运行环境，移动a g e n t 就可以实现跨平台的移动和运行。如果所有的移动a g e n t 系统都遵循移动a g e n t 系统的互操作标准，就可以实现m a 在任意移动a g e n t 系统中的移动、交互和通信，真正实现平台的无关性。 具有动态适应性：移动a g e n t 和其运行环境进行交互，感知环境的变化， 并自主地、快速地傲出反应，使整个系统始终保持在最优状态。 ( 8 ) 提供个性化服务：来自不同的民族和地区，有着不同的文化背景，他 们对信息的需求和使用方式有着很大的差异，这就要求i n t e r n e t 进行个性化服 务。使用移动a g e n t 技术，用户可以根据服务器端提供的低层操作函数，编写 满足自己特定需要的a g e n t ，然后发送到服务器端运行，利用服务器端的数据 第二章移动蛳i t 的基本理论 资源或计算资源为不同的用户服务，有效地增加服务器功能的伸缩性 ( 9 ) 增强应用的强壮性和容错能力：移动a g e n t 支持离线计算，其反应性使 之能及时地感知网络节点的失效，其自主性可以使它自主地处理并修正错误， 更容易建立容错能力强的分布式系统。例如，在一个网络节点失效之前，在其 上工作的移动a g e n t 可以立即感知，并完成相应的备份工作，然后移动到其他 节点，继续原来的工作。 2 2 2 移动a g e n t 的系统结构 移动a g e n t 系统由两个部分组成1 1 6 】：移动a g e n t ( m a ) 和移动a g e n t 服务环 境( m a e ) 或移动a g e n t 服务器组成。 移动a g e n t 服务环境实现移动a g e n t 在主机间的迁移，并为其建立远程执 行环境。移动a g e n t 在服务环境中执行并通过a g e n t 通信语言( a g e n t c o m m u n i c a t i o nl a n g u a g e ，a c l ) 与其它服务器通信或者获得其它a g e n t 所提供 的服务。移动a g e n t 的移动和任务求解能力很大程度上取决于服务环境所提供 的服务。一般来讲，服务环境都包括以下基本服掣1 7 l ： ( 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 间的事 件传递； ( 3 ) 目录照务：提供定位a g e n t 的信息，形成路由选择i ( 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。 无论是服务a g e n t 还是移动a g e n t 都是一个软件对象，具有鲜明的生命特 征，它们从被用户创建开始就进入它的生命周期循环直至死亡。a g e n t 的生命 周期【储1 定义了它所具有的不同的生命状态以及状态转换。所不同的是移动 a g e n t 不断在网络中迁移、协作，具有移动性，因此它的生命状态要复杂一些。 分析移动a g e n t 的状态、状态转换，有助于我们了解移动a g e n t 对它的生存环 境的需求，有助于分析环境所应具备的各种用服务。 ( 1 ) 初始态：当移动a g e n t 被创建时，它就进入了初始态，完成运行前的准 9 移动a g e n t 的通信问题研究 各工作，包括：给定移动a g e n t 名及身份，确定其功能语义和迁移语义等。创 建工作需要移动a g e n t 环境提供一个良好的用户使用环境和一套丰富的移动 a g e n t 应用程序编程接口，帮助完成上述工作。 ( 2 ) 执行态：执行态是移动a g e n t 的核心状态，在执行期间与其它资源进行 交互，开展协作，最终完成主要功能。由于移动a g e n t 在异构的网络平台上执 行，并且消耗当地结点上的资源，因此需要跨平台解释器的支持，同时需要底 层支撑环境提供的迁移、通信、安全、资源访问等各方面的支持。 ( 3 ) 持久态：也称冻结态，移动a g e n t 停止运行，进入持久化存储。在持久 态下，移动a g e n t 的生命并未结束，它等待再次被唤醒，恢复到执行态。一旦 进入持久态，移动a g e n t 将拒绝处理任何外部信息。一般情况下移动a g e n t 进 入持久态是由于迁移前要对其运行状态和运行上下文的封装，因此运行环境不 仅能提供移动a g e n t 运行状态的冻结而且能够对发给冻结状态下的移动a g e n t 的消息作出反应，如消息暂存或缓冲，等到a g e n t 迁移到新的结点并恢复运行 时，将消息转发给它。 ( 4 ) 迁移态：移动a g e n t 正处于变更其运行环境过程中。迁移的完成必须依 赖运行环境借助网络和操作系统的数据传输能力才能完成。处于迁移状态的 a g e n t 也会“丢失”此时到达的消息，运行环境需要对上述消息进行暂存或缓 冲。此外，迁移是完成一个移动a g e n t 物理上的两个结点之间的数据和代码转 移，因此处于迁移态的移动a g e n t 还要求环境进行必要的容错处理，否则将造 成协作的失败和应用系统的破坏。当移动a g e n t 采用解释型语言如j a v a 时，迁 移的支撑还包括a g e n t 对象类的代码迁移。 ( 5 ) 消亡态：移动a g e n t 应用程序完成用户赋与的工作后，该程序所创建的 所有a g e n t 应被撤销。通常，撤销有两种方式：一种是按照a g e n t 的功能语义 和迁移语义，由系统主动撤销；另一种是用户在线发布撤销指令，由运行环境 强行完成a g e n t 的撤销。当移动a g e n t 被创建时，它首先进入初始态。调用i n v o k e 后，被激活进入执行态，在执行态时，移动a g e n t 可以接收种消息，与外部环 境交互。当调用p e r s i s t 时，移动a g e n t 由执行态进入持久态。在持久态调用 r e s t o r e ，可以将其恢复到执行态。当调用m i g r a t e 时，移动a g e n t 进入迁移态。 当成功到达目标位置或迁移失败，将再次进入执行态。在任何状态下，只要调 l o 第二章移动a g e n t 的基本理论 用d e s t r o y ，移动a g e n t 便进入消亡态，结束生命中。移动a g e n t 的生命周期如 图2 1 ： 图2 1 移动a g e n t 的生命周期 实际上，移动a g e n t 的迁移可以认为是它执行的延续。但由于迁移过程中 移动a g e n t 的执行环境改变，移动a g e n t 将无法正常执行及处理交互信息，因 此加入了迁移态。另外，上述的移动a g e n t 生命周期模型是一个基本框架，不 同的移动a g e n t 系统可以根据具体情况补充新的状态。 2 2 3 移动a g e n t 的一些关键技术 移动a g e n t 的实现涉及到多方面技术，其中主要有以下几项关键技术【1 9 】： ( 1 ) 移动a g e n t 系统的编程语言：可以是编译型的。也可以是解释型的，出 于对平台无关性的考虑，一般都采用解释型的语言，由于j a v a 语言具有良好的 性能并得到广泛接受，所以，大多数移动a g e n t 系统采用j a v a 语言【2 们。 ( 2 ) 迁移机制1 2 1 j ：移动a g e n t 的迁移分为强迁移和弱迁移，前者在a g e n t 迁移之前系统捕获整个a g e n t 的状态( 数据状态和运行堆栈等执行状态) ，将它们 连同其代码一同传送至下一节点，到达目的地后其状态( 数据和运行堆栈) 被完 全恢复，程序将在原来中断的地方继续往下执行。强迁移系统的a g e n t 传输过 程是完全透明的，提高了程序的模块化程度，容易理解和排除错误，因而提高 了可靠性。但是该方法也提高了系统实现的复杂性，增大了通信流量。弱迁移 系统如i b m 的a g l e t 及其它一些基于j a v a 的移动a g e n t 系统则不允许方法执行 移动a g e n t 的通信问题研究 状态的迁移( 如本地变量，程序计数器等) ，因此在这类系统中允许开发者将代 码与某种与迂移有关的事件绑定在一起。弱迁移系统实现起来比较篱单，使程 序员在解决同步问题时有更大的灵活性，但是也带来了一定的问题，编程人员 必须熟悉a g e n t 的整个传送过程，并要编写内部状态捕捉及不同的入口代码， 加大了编码量。 ( 3 ) 通信机制1 2 2 】：在移动a g e n t 系统中大体可分三种情况即：移动a g e n t 与其执行环境、移动a g e n t 之间和移动a g e n t 与一组移动a g e n t 通信。在移动 a g e n t 系统中酉采用的通信手段很多，有r p c ( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 、 r = m i ( r e m o t em e m o di n v o c a t i o n ) 、m e s s a g e 、数据共享方式( 仅在本地有效) 等。 ( 4 ) 容错机制捌：为了保证移动a g e n t 在异构环境中的正常运行，考虑到 服务器异常、网络故障、目标主机不可达等各类异常情况的出现，必须提供容 错手段，确保a g e n t 完成任务。大多数的系统都用提供a g e n t 非易失存储器备 份的方法来确保其丢失后能恢复运行，比如a g l e t 系统中提供a g e n t 快照 ( s n a p s h o t ) 功能，它是a g e n t 内部状态的一个完整记录- 用于出现故障时a g e n t 的恢复。 ( 5 ) 安全性：安全性是移动a g e n t 系统中重要的问题，它是任何移动a g e n t 系统都必须解决的。安全机制既要保证主机不受恶意a g e n t 的攻击，又要保证 合法a g e n t 不受宿主机器的非法侵害 2 3 移动a g e n t 计算模式的优势及应用领域 2 3 1 移动a g e n t 模式的优势 移动a g e n t 提供了一种全新的分布式计算模式。在这一模式中，移动a g e n t 具有感知网络状态的能力，如网络节