（计算机应用技术专业论文）移动agent分布式计算系统关键问题的研究.pdf

摘要 i n t e r n e t 和信息技术的进步为人们提供了丰富信息资源，同时也提出了 有效地组织分布式信息资源，为人们提供更为全面、准确、及时的信息服务 的要求。然而要实现这样的信息系统，传统的理论方法和技术难以提供有效 的解决途径。移动a g e n t 提供了一种全新的分布式计算模型，移动a g e n t 技 术是分布式计算技术和人工智能技术相结合的产物，它把程序代码送到远程 主机上运行，改变了以往传统的分布式技术架构，为目前网络应用程序解决 低质量的网络环境问题提供了条新思路。 本文首先分析了几种传统的分布式计算技术的特点及其在分布式计算 应用中的缺陷。主要侧重于对移动a g e n t 分布式计算系统所涉及到的最根本 问题进行深入的探讨，总结归纳出三个关键问题：计算环境、计算模式和通 信机制。在此基础上，设计了一个基于移动a g e n t 的计算平台一一m o b i g e n t 。 并利用j a v a 语言对其各个层次模块进行实现。m o b i g e n t 平台在传统的 c l i e n t s e r v e r 方式的分布式处理基础上，以a g e n t 作为执行分布式计算任务 的核心单元，以a g e n t 的自治移动过程和交互过程作为执行计算的核心内 容，通过任务规划和系统性能优化，为移动a g e n t 系统真正进入实用阶段打 下良好的基础。 移动a g e n t 系统用户需求是千变万化的，对应的移动a g e n t 也极其不同， 因而用户必须根据自己的需要来开发合适的移动a g e n t 。为用户提供一种方 便的移动a g e n t 计算环境是移动a g e n t 系统所要解决的问题。 计算环境为使用移动a g e n t 技术解决分布式计算问题提供了十分灵活的 技术支撑，在此基础上，我们提出几种移动a g e n t 计算应用的典型计算模式： 移动计算模式、协同计算模式和移动协同计算模式。通过应用这三种计算模 式可以构筑多种多样的移动a g e n t 应用。 解决由a g e n t 移动产生的可靠通信问题，在分析已有方法的基础上，提 出一种保证移动a g e n t 之间可靠、高效通信的主动通信机制，它能够在通信 双方自由移动的情况下，将消息可靠、高效地从发送方提交给接收方。 在移动a g e n t 的应用中，a g e n t 不是孤立地完成任务，而是需要不断地 与其它a g e n t 进行协作和信息交换。移动a g e n t 的特性使它的位置又经常变 动，因而提出了一种a g e n t 位置追踪机制，解决了a g e n t 位置追踪问题和 山东大学硕士学位论文 a g e n t 迁移时的消息处理。 在m o b i g e n t 平台中，针对移动a g e n t 通信不同于常规软件通信的特点， 设计了移动a g e n t 系统的通信模型。设计出的通信模型提供了位置透明的通 信服务，能满足移动a g e n t 多种通信任务。 最后，在设计与实现的m o b i g e n t 平台的基础上，本文提供了移动a g e n t 在分布式视频点播领域的应用实例，详细介绍了系统结构、工作流程和移动 a g e n t 的通信过程。为构建分布式应用提供一种具有广阔应用前景、高效实 用的解决方案。 基于移动a g e n t 的分布式计算系统的意义在于它可以提供一个无处不在 的计算平台，将互联网、c o r b a 和分布式对象技术应用到移动a g e n t 技术 中，赋予了移动a g e n t 技术新的活力。 关键词：移动a g e n t ，分布式计算，计算环境，计算模式，通信机制， m o b i g e n t 平台，视频点播 i l a b s t r a c t w i t ht h e d e v e l o p m e n to fi n t e r n e t a n dr a p i d l y g r o w i n gi n f o r m a t i o ni n p u b l i cn e t w o r k s ，ad i s t r i b u t e di n f o r m a t i o ns y s t e mi s r e q u i r e d t o o r g a n i z e i n f o r m a t i o ni nd i s t r i b u t e de n v i r o n m e n ta n dp r o v i d e su s e r sw i t ha ni n t e g r a t e d ， a c c u r a t ea n di n - t i m ei n f o r m a t i o ns e r v i c e h o w e v e r t h i sk i n do fi n f o r m a t i o n s y s t e mi s n o te a s yt ob ee s t a b l i s h e d t r a d i t i o n a lt h e o r i e sa n ds c h e m e sa r eh a r d t op r o d u c es a t i s f y i n gr e s u l t s a san e w s t y l ed i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n i q u e ， m o b i l ea g e n td e r i v e sf r o mt h ed i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt e c h n i q u ea n da r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c et e c h n i q u e i t s e n d sc o d e st or e m o t eh o s t st o r u n ，r e p l a c e st h e t r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e da r c h i t e c t u r eo fn e t w o r ka p p l i c a t i o n s ，a n ds o l v e st h el o w q u a l i t yp r o b l e m o fn e t w o r ki nac r e a t i v ew a y t h i sd i s s e r t a t i o na n a l y s e st h ec h a r a c t e r so fs e v e r a lt 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 gt e c h n o l o g i e sa n d t h e i rf a u l t sw h e n t h e ya r ee m p l o y e di nd i s t r i b u t e d c o m p u t i n ga p p l i c a t i o n s i tg o e sd e e p i n t oan u m b e ro fb a s i cp r o b l e m sw h i c h m o b i l ea g e n ti n v o l v e s ，i tm a i n l yf o c u s e so nt h e s e p r o b l e m sa n d a d d r e s s e st h r e e k e yi s s u e so f m o b i l ea g e n tc o o p e r a t i v ec o m p u t i n gs y s t e m ：c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ，c o m p u t i n gm o d e a n dc o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m o nt h eb a s i so f i t ，w ed e s i g nac o m p u t i n gp l a t f o r mb a s e d o nm o b i l ea g e n t - - m o b i g e n t i t s l a y e r e dm o d u l e s a r ei m p l e m e n t e di nj a v a t h em a i nc o n t e n t si n v o l v e di n d e s i g n i n g t h i si n f r a s t r u c t u r ec o n s i s to ft h em i g r a t i o no fa g e n t s ，t h e c o r r e s p o n d e n c eb e t w e e na g e n t sa n d t h e i re n v i r o n m e n t o nt h eb a s i so ft h e t r a d i t i o n a ld i s t r i b u t e dt e c h n o l o g y - - c l i e n t s e r v e r , m o b i g e n tp l a t f o r mt r e a t s a g e n t a si t sk e yp a r tw h i c hc a ne x e c u t ed i s t r i b u t e dc o m p u t i n gt a s k s t h r o u g h t h el a y o u to f a s s i g n m e n ta n d t h eo p t i m i z a t i o no f p e r f o r m a n c e ，t h em o b i l ea g e n t s y s t e mb a s e do nm o b i g e n t i sw e l lg r o u n d e da n dr e a l l ye n t e r si n t ot h ep r a c t i c a l p h a s e t h em o b i l ea g e n tu s e r s r e q u i r e m e n t sa r ed a e d a la n dr e l e v a n ta g e n t sa r e a l s ov e r yd i f f e r e n t s ou s e r sm u s td e v e l o pa p p l i c a b l em o b i l ea g e n t sa c c o r d i n gt o t h e i rd e m a n d s i ti se s s e n t i a lf o rt h em o b i l ea g e n ts y s t e mt op r o v i d e a c o n v e n i e n tm o b i l ea g e n tc o m p u t i n ge n v i r o n m e n tf o ri t su s e s t h e c o m p u t i n ge n v i r o n m e n tp r o v i d e saf l e x i b l et e c h n o l o g i c a ls u p p o r tf o r d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g o nt h eb a s i so f i t ，w ep r e s e n ts e v e r a lt y p i c a lc o m p u t i n g m o d e s ：m o b i l ec o m p u t i n g m o d e ；c o o p e r a t i v ec o m p u t i n gm o d e ；m o b i l e c o o p e r a t i v ec o m p u t i n gm o d e t h r o u g ht h et h r e em o d e s ，w ec a nb u i l ds e v e r a l v a r i o u sm o b i l e a g e n ta p p l i c a t i o n s t h ei s s u eo fr e l i a b l ec o m m u n i c a t i o n r e s u l t i n gf r o ma g e n tm o v i n g i s s t u d i e di nt h ep a p e r b a s e do n a n a l y z i n gc u r r e n ts o l u t i o n st ot h ei s s u e ，a m e c h a n i s mc a l l e da c t i v ec o m m u n i c a t i o n m e c h a n i s m ( a c m ) i sp r o p o s e d ， w h i c hc a np r o v i d er e l i a b l ea n de f f i c i e n tc o m m u n i c a t i o nf o rm o b i l e a g e n t s i nt h ea p p l i c a t i o no fm o b i l ea g e n t ，a g e n td o s en o tf i n i s ht a s k sb yi t s e l f , b u ti tn e e dc o o p e r a t i v ea n de x c h a n g ei n f o r m a t i o nw i t ho t h e ra g e n t s m o b i l ea s a g e n th a sac h a r a c t e rt h a ti t sp o s i t i o no f t e nc h a n g e ，am e t h o do fa g e n tl o c a t i o n t r a c i n gi sp r o v i d e dt ow o r ko u tt h ep r o b l e m o f t r a c i n ga g e n t s p o s i t i o na n dt o d e a lw i t ht h ei n f o r m a t i o ni nt h ep r o c e s so fa g e n t s t r a n s f e r a c c o r d i n gt ot h eu n i q u ec h a r a c t e ro fm o b i l ea g e n ts y s t e m ，w ed e s i g nt h e c o m m u n i c a t i o nm o d e l ，w h i c h p r o v i d e s l o c a t i o n t r a n s p a r e n t c o m m u n i c a t i o n s e r v i c e a n df u l f i l l s 也em u l t i c o m m u n i c a t i o nt a s k si nm o b i g e n t 。 l a s t ，t h ep a p e rp r o v i d e sad i s t r i b u t e dv i d e oo nd e m a n ds y s t e mb a s e do n m o b i l ea g e n ta n dd e t a i l e dp r e s e n t si t ss y s t e ms t r u c t u r e ，w o r k i n gf l o wa n dt h e c o m m u n i c a t i o no fm o b i l ea g e n t s t h e s ep r o v i d ee f f i c i e n ta p p l i c a t i v ep l a na n d w i d ea p p l i c a t i v ep r o s p e c tf o rm o b i l ea g e n ts y s t e m s t h em e a n i n go fd i s t r i b u t e ds y s t e mb a s e do nm o b i l ea g e n ti st h a ti tp r o v i d e s ap l a t f o r mf o ru b i q u i t yc o m p u t i n g ，i nw h i c ha p p l y i n gi n t e r n e t ，c o r b aa n d d i s t r i b u t e do b j e c tt e c h n i q u et om o b i l ea g e n tt e c h n o l o g y a n dc o m b i n gt h e s e s t e c h n o l o g yh i g h e f f i c i e n t l y t h e f r a m e w o r ke x t e n d st h e a p p l i c a t i o n a r e ao f m o b i l ea g e n tt e c h n o l o g ya n dm a k e s i tv i g o r o u s - k e y w o r d s ：m o b i l ea g e n t ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n gs y s t e m ，c o m p u t i n g e n v i r o n m e n t ， c o m p u t i n gm o d e ，c o m m u n i c a t i o nm e c h a n i s m ，m o b i g e n tp l a t f o r m ，v i d e o o n d e m a n d 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：型i l 日期： 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东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，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 刘蕤导师签名：鞲日期：塑坐纠z 1 引言 1 1 背景介绍 现代科学技术研究和工程实践对分布式计算能力有着强大的需求。在这 种需求的推动和现代微电子技术、高速通信技术及并行处理技术的支撑下， 分布式计算技术特别是分布式并行计算技术得到了飞速发展，计算能力呈指 数级增长。i n t e r n e t 的出现和普及使分布于各地的应用人员使用位于各计算 中心的计算资源成为可能。然而，对如何才能真正使分布式计算资源流到每 个应用人员的桌面? 又如何使分布的计算能力协同工作? 对这些问题的研 究才刚刚开始。 针对以上问题所代表的分布式信息共享问题，已经进行了大量的工作 但是纵观影响i n t e r n e t 技术发展的各种因素，这些问题的解决并非易事，这 是因为： ( 1 ) 不断增长的主干网带宽和有限的接入网带宽的矛盾在加深 ( 2 ) 信息超载曰益严重，信息服务质量低下 ( 3 ) 信息之间的联系日趋复杂，用户要求高效而智能的信息服务，而与 之相适应的技术手段还很缺乏。 解决网络带宽和信息超载这两个挑战性的问题，想单凭着现有技术的成 熟性的提高而不采用新的技术方法，是不可能得到令人满意的结果的，而移 动a g e n t 技术则是人们正在期待的新技术中最有希望的一种。 移动a g e n t 技术作为一种新型的分布式对象计算技术，摒弃了传统的 c l i e n t s e r v e r 结构，将程序代码传到远程主机，变“远程计算”为“本地计 算”。这样的信息访问模式产生的好处是：省去了程序运行中的大量暂时性 信息在网络中的传输，有效地降低了网络带宽需求，消除网络延迟，提高了 应用运行效率；在不可靠网络环境中工作可靠、客错能力强：对移动计算提 供良好的支持；为分布式计算环境中的合理、有效的信息组织，以及信息的 高效访问和共享提供了新思路、新方案。移动a g e n t 所支持的计算模式克服 了传统的信息管理、共享方式的弊端，提高分布式环境中的信息共享和获取 能力。在低带宽、不稳定、异构的网络环境中提供稳定的信息服务。 山东大学硕士学位论文 1 2 课题的工作与特色 穆动a g e n t 技术将分布式计算带入了一个新的天地。在基于移动a g e n t 分_ 靠式计算模型中，一个应用的计算任务被分派给一组移动a g e n t ，这些 a g e n t 根据自身对计算资源的需求，在各远程计算节点闻自主地移动，寻找 资源，并以客户化的方式调用资源服务，以完成自身的任务。若有需要， a g e n t 在计算过程中还可以自主地与其它a g e n t 进行通信协同。这种新的高 性能计算模型非常灵活，用户应用可采用多种计算模式，其中包括典型的移 动计算模式、协同计算模式和移动协同计算模式等。这种高性能计算模型的 优点包括减轻网络负载，提高应用效率；更充分的资源供共享；无需集中的 管理和控制等。 本论文的主要任务是研究当前的移动a g e n t 技术和移动a g e n t 系统所要 解决的关键问题，开发一个基于移动a g e n t 分布式计算系统，供以后二次开 发应用。本文的工作主要体现在： f 1 ) 介绍了移动a g e n t 技术的工作原理对比当前几种流行的分布式对象 计算技术，指出其优势所在及广阔的应用范围。 ( 2 ) 详细介绍了移动a g e n t 分布式计算系统的三个主要的关键问题：计算 环境、计算模式和通信机制。 ( 3 ) 设计并实现了一个移动a g e n t 计算平台一m o b i g e n t ，提出了一种高 效的移动a g e n t 通信机制一一主动通信机制，可以实现移动a g e n t 之间的自由 通信。通过引, 入a g e n t 位置追踪机制解决了a g e n t 移动过程中遇到的位置追踪 和通信实效问题。 ( 4 ) 将移动a g e n t 技术引入分布式视频点播领域，设计出基于移动a g e n t 的分布式视频点播系统。该系统中，在主动通信机制的基础上对移动a g e n t 通信进行了改善。 课题的特色和创新之处体现在以下几个方面： ( 1 ) 本课题分析了移动a g e n t 分布式计算系统的特点，总结出移动a g e n t 分布式计算系统所需考虑的三个关键问题。 移动a g e n t 领域有很多问题需要研究，诸如安全性、智能性和社会性等。 国内外研究人员虽然已经采取不同方法开发出多个移动a g e n t 系统。他们的 研究戏果也具有一定的代表性，然而在这一研究领域尚未完全成熟的情况 下，当前的研究重点应该侧重于对移动a g e n t 系统所涉及到的最根本问题进 行深入地探讨。即寻找移动a g e n t 系统的关键问题并试图寻求解决方法。本 文总结归纳出移动a g e n t 分布式计算系统的三个关键问题：计算环境、计算 模式和通信机制。 ( 2 ) 利用j a v a 对象的可序列化特点完成a g e n t 的弱迁移过程。 j a v a 的跨平台特性和书写次随处可用的特点使j a v a 极好地适用于移 动a g e n t 技术。通过i n t e r n e t ，j a v a 的虚拟机能简化移动a g e n t 的迁移。j a v a 的网络支持包括s o c k e t 、u r l 通信以及远程方法调用( r m i ) 技术。由于强迁 移方式对系统的性能影响较大，所以在j a v a 环境中通常采用弱迁移方式。 ( 3 ) 设计并实现了一个较为通用的移动a g e n t 计算平台一一m o b i g e n t ，可 以在此基础上构建各种移动a g e n t 系统。 结合上述工作，设计并实现了一个移动a g e n t 计算平台m o b i g e n l ，对移 动a g e n t 计算模式进行了系统支持。m o b i g e n t 平台是纯j a v a 系统，不仅提 供了移动机制和通信机制，而且还建立了m o b i g e n t 的开发和运行环境，从 而便于用户在此基础上进行应用程序的开发和实际的应用。 ( 4 ) 在m o b i g e n t 平台的基础上，开展了基于视频点播的示范应用，建立 了一个基于移动a g e n t 的分布式视频点播系统，该系统具有结构灵活、支持 多模式通信、互操作性好等特点。 山东大学硕士学位论文 2 移动a g e n t 计算技术 对于分布式高性能计算应用来说，传统的分布式计算技术仍然存在严重 的缺陷。究其原因，问题的根源在于现有的分布式计算技术仍然使用了客户 n 务器( c s ) 模型。在这种模型下，服务器被动地等待客户的请求，计算完 成后再把计算结果返回给客户。而移动a g e n t 技术在汲取传统分布式技术的 有益经验的基础上，为分布式计算提供了一个全新的范型。因此，我们引进 移动a g e n t 分布计算模式，提出一种基于移动a g e n t 的高性能计算框架结构。 在这种模型中，应用系统的各个构件能以对等( p e e rt op e e r ) 的方式进行通 信，从而较好地克服了这个问题。 2 1 传统的分布式计算技术 通信网络的出现使得计算能力的远程使用成为可能。我们将简要讨论已 有的几种分布式计算技术，并分析其各自的优缺点。 2 。1 1 远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 远程过程调用( r p c ) 是为了缓解最初的消息传递模型编程的琐碎性而 提出的。r p c 支持本机的程序通过标准过程调用机制调用远程机的过程。调 用r p c 的客户机实际上调用的是本地的桩，桩将过程名以及调用参数放入 调用信息中并将其发送给远程主机。远程机上的服务器桩接收到消息后，从 中抽取出过程名和参数，然后调用相应的过程，在过程完成后，远程机桩将 结果发回给客户机的桩，之后客户机的桩将结果返回给客户，但在通信过程 中需要远程与本地进行频繁的交互，而且这种调用必须是单向的，如图2 1 所示。 幽2 1r p c 模式 2 1 2 远程求值( r e m o t ee v a l u a t i o n r e v ) 显然，远程过程调用正确执行的前提是被调用的过程事先存在。这个要 求限制了r p c 在大型分布式系统中的应用，在很多情况下，要调用的过程 在远程节点上并不存在。远程求值方式可以实现这个灵活性。远程求值允许 网络中的节点向远程节点发送子程序和参数信息。远程节点启动该“子程 序”，一些初始请求可由该子程序发出，中间结果也由该子程序处理，而不 是发回源节点，子程序只是将最后的处理结果返回到源节点，如图2 - 2 所示。 图2 - 2r e v 模式 2 1 3 客户服务器模式( c l i e n t s e r v e r , c s ) 分布式技术发展到今天，c s 模式成为主流技术。在c s 通信模型中， 通信的实体双方有固定、预先定义好的角色：服务器提供服务，客户使用服 务。这种模式隐含了一种严格的依赖关系：客户依赖于服务器所提供的服务 而工作。客户发出服务请求，然后在服务器上完成任务，最后服务器将处理 结果返回到客户机，如图2 3 所示。引入客户和服务器的角色，r p c 模式和 r e v 模式都是客户服务器模式的一种。 图2 - 3 客户服务器模式 c s 模式存在着一些固有的缺陷，若服务器不确切提供客户方所要求的 服务，比如它提供更为低层的服务，则客户就必须得通过一系列的远程调用 来获得其所需的服务，这就导致了服务响应的延迟和网络带宽的浪费。另外， 当客户请求很多时，服务器的效率会大大降低，客户请求的响应时间也会增 大，这主要是因为计算环境中的处理器资源( 计算资源) 、软件资源和信息 一 山东大学硕士学位论文 资源等都集中在服务器上所造成的。 2 1 4 移动代码( c o d e o n d e m a n d ) 针对c s 结构中资源过于集中的缺点，c o d e o n d e m a n d 模式使用了代码 移动的技术，即在需要远程服务时，首先从远程获得该服务的代码。例如， 主机a 最初由于没有代码而无法执行任务，但网络中主机b 可提供所需要的 代码，这时a 就可以向b 申请获得该代码。一旦a 获得b 中的相应代码，a 就同时拥有了代码资源和本地处理器资源，任务就可在a 中完成。与c i s 模 式不同，a 无需知道远程主机( 如b ) 的情况，因为只需下载所需的代码即 可。c o d e o n d e m a n d 模式最典型的例子是j a v a 中的a p p l e t ( 应用小程序) 和s e r v l e t ( 服务小程序) ，a p p l e t 从服务器下载到浏览器中在本地运行，而 s e r v l e t 则从本地上载到服务器( 常为w e b 服务器) 上在远程运行，如图2 - 4 所示。 回忸 d o w n l o a d圈 围 u d l o a d 巨 凰 客户机a 服务嚣b 图2 4c o d e - o n - d e m a n d 模式 可移动代码的迁移只是程序代码的迁移，而并没有携带程序的运行状态 和数据等其他信息。另外，移动代码本身不是有名字的实体，它们相互之间 不能进行通信合作。因此，移动代码只适合简单的网络服务提供以及远程软 件安装等领域。 2 2 移动a g e n t 计算技术 显然，移动a g e n t 应用天然就是一种分布式应用。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 ， 山东大学硕士学位论文 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，自动消亡。 与其它分布计算技术( 如o m a c o r b a ) 相比，这种基于移动a g e n t 的分布计算技术有这样一些新特点： ( 1 ) 从应用的角度看，真正实现了“网络就是计算机”的理想。不仅应 用所需资源分布在网络中，整个应用逻辑都可以在网络上运行。 ( 2 ) 从系统的角度看，分布资源的更充分的共享成为可能，但管理更为 困难。 ( 3 ) 从服务提供和服务使用的角度看，服务是客户化可定制的，其使用 不再限于既定的方式。 ( 4 ) 从通信协作的角度看，通信的主体是自主的a g e n t ，可以实现对等 f p e e rt op e e r ) 的通信模式。 2 3 移动a g e n t 概念 从最终用户的角度看，a g e n t 是能代表人们完成某种操作的程序，是用 户实现其意图的软件助手。它因用户向它指派工作而起作用。 从系统的角度看，a g e n t 是生存于一个执行环境中的软件对象，它拥有 以下基本特性 t l ： ( 1 ) 反应能力：对环境变化的感知能力和应变能力，a g e n t 能够理解它 们所处的环境，能对环境的变化做出及时且适当的反应。 ( 2 ) 自治性：执行动作的自我控制，a g e n t 能够在没有人和其它a g e n t 的直接干预下运行，并有某种对其自身行为和内部状态的控制能力。 ( 3 ) 目标驱动：一个a g e n t 有能力处理复杂和高水平的任务，它应该自 己决定如何将任务很好地分解为多个小的子任务，以及这些子任务处理的顺 序和方法等。 ( 4 ) 适应性：a g e n t 应该能够调节其自身的行为，以适应用户的习惯、 工作方式和喜好。 除此以外，还可能拥有以下性质： ( 1 ) 通信能力：可与其它a g e n t 进行通信； ( 2 ) 移动能力：在主机站点之间转移： ( 3 ) 学习能力：根据经验改进自身： 山东大学硕士学位论文 ( 4 ) 可靠性：对最终用户而言是可信任的。 静态a g e n t 只在它开始执行的系统上执行，如果它需要另外系统上的信 息，或者需要和其它系统交互，它会使用类似r p c 的通信机制。 移动a g e n t 是一种特殊的a g e n t ，它除了具有a g e n t 的基本属性以外， 移动性使其晟重要的特点。它们不圊于初始执行的节点，而可在网络各主机 问自主移动。透过计算机网络，移动a g e n t 可携带自身状态和代码从一个环 境转移到另一环境中去，并恢复执行。根据我们的理解，给出移动a g e n t 的定义如下： 移动a g e n t 是独立计算机程序，它可自主地在异构的网络上，按照一 定的规程移动，寻找合适的计算资源、信息资源或软件资源，利用与这些资 源处于同一主机或网络的优势，就近处理或使用这些资源，代表用户完成特 定的任务。 移动a g e n t 还具有与其它a g e n t 进行自主地通信的能力。这样用户的任 务就可由一组移动a g e n t 协作完成。 2 4 移动a g e n t 结构 从系统的角度来看移动a g e n t 的结构，应该包括代码( c o d e ) 、状态( s t a t e ) 和属性( a t t r i b u t e ) - - - 个基本部分。 ( 1 ) 代码( c o d e ) 为了实现移动a g e n t 的各项功能，移动a g e n t 必须包括代码部分。理论 上移动a g e n t 的代码可以用任何程序设计语言来写，考虑到它的移动性等实 际要求，应浚选用一些比较适合的语言。目前，采用的主要有两种：一种是 t c l 、p e r l 等直接解释型的，另外一种是j a v a ，可编译成中间代码基于解释 型的。特别是j a v a ，作为目前最流行的网络应用的程序设计语言，非常适合 移动a g e n t 的移动代码部分的编写。 ( 2 ) 状态( s t a t e ) 除了代码，移动a g e n t 还需要保存在移动之前的一些状态，以便于当移 动a g e n t 移动到一个新的a g e n t 主机重新开始运行时，恢复运行状态。运行 状态的保存目前有两种途径： 1 1 不仅保存移动a g e n t 本身的状态信息，还保存移动a g e n t 的代码运行 指针。这种情况类似中断”时的保存被中断进程的断点、运行栈等。考虑 r 山东大学硕士学位论文 到移动a g e n t 的编写语言，移动到新a g e n t 主机下的环境重现的极小可能性， 以及程序的复杂性，现存的平台很少采用这种方法。 2 ) 仅仅保存移动a g e n t 本身的状态信息，到达新a g e n t 主机后从某个特 定的函数运行，目前大多数移动a g e n t 平台都是这类型的，提供类似r u n ( ) 的函数作为移动a g e n t 的运行入口。 ( 3 ) 属性( a t t r i b u t e ) 移动a g e n t 的属性描述了移动a g e n t 本身，它的历史、需求等信息，包 括诸如a g e n ti d 、a g e n t 的创建者、创建时间、a g e n t 的历史路由路线、a g e n t 的错误等数据。另外，用户还可以将自己的安全信息加入到a g e n t 中，这在 一些要求认证和授权等安全性较高的场合下很有用。 2 5 移动a g e n t 的优点 移动a g e n t 技术给分布式系统的设计、实现和维护都带来了新的活力。 它在技术方面有着多方面的优点1 2 1 ： 匿纛三国 匝j = 。：一圃 图2 - 5 移动a g e n t 减轻网络负载 ( 1 ) 减轻网络负载：移动a g e n t 技术能较大地减轻网络上的原始数据的流 量。分布式系统通常依赖于通信协议，这些协议在完成给定任务的过程中涉 及多次交互行为，这将导致网络交通拥挤。如图2 - 5 所示，移动a g e m 使我 们可以将一个会话过程打包，然后将其派遣到目的主机上去进行本地交互。 此外，当进行远地主机的大量数据处理时，这些数据不应在网络上传来传去， 而应在本地被处理完成。理出很简单：应把计算移到数据上去进行，而不是 把数据移到计算中来。 ( 2 ) 克服网络隐患：对那些重要的实时系统而言，如使用大规模工厂网 络对进行加工制造的机器人进行控制的实时系统，系统需要对环境的变化做 出实时的反应。但这种网络控制有很多的隐患，对实时系统而言是无法接受 山东大学硕士学位论文 的。但移动a g e n t 技术是一个很好的解决方法，因为a g e n t 可以从中央控制 器被传送到各局部点激活，并在当地直接执行控制器的指令。 ( 3 ) 封装协议：当数据在分布式系统中进行交换时，每一台主机都有自 己的网络协议，该协议将对传出数据进行编码，对传入数据进行解释。但是， 协议经常为满足新的效率和安全需求而需要改进，而实现该协议的代码升级 工作要么几乎不可能，要么相当困难，而移动a g e n t 能够直接移动到远地主 机，建立起一个基于私有规程的数据传输通道。 ( 4 ) 移动a g e n t 异步自主运行：通常，移动设备上的计算皆依赖于昂贵而 脆弱的网络连接，它要求在移动设备和固定网络之间建立持续的连接，这种 要求从经济和技术的角度来讲都不易实现。但如图2 - 6 所示，此种任务可以 嵌入到移动a g e n t 中去，然后将它通过网络派遣出去。此后，移动a g e n t 就 独立于生成它的进程，并可异步自主操作了。而移动设备则可在稍后的时间 里再连接并回收a g e n t 。 国斗一瓣广一- 咽l l 兰卜寸一瓣广一十制弋型j 斗一活一- 甓 黔卜蕊面一一 i 圈 图2 - 6 移动a g e n t 允许网络断开操作 ( 5 ) 移动a g e n t 的应变能力：移动a g e n t 具备感知其运行环境，并对环境 变化做出反应的能力。多移动a g e n t 拥有在网络主机之间动态合理分布自身 的独特能力，比如按一定规则来维持解决某个特定问题的最优配置。 ( 6 ) 具有自然异构性：网络计算平台往往是异构的。由于移动a g e n t 通常 是独立于计算机和传输层，而仅仅依赖于其运行环境，所以移动a g e n t 提供 了无缝系统集成的最优条件。 ( 7 ) 坚定性和容错能力：移动a g e n t 具有对非预期状态和事件的应变能 力，这使我们更容易创建坚定和容错性好的分布式系统。当关闭一台主机时， 所有正在该主机上运行的a g e n t 会得到警告，并有足够的时间转移到另一台 主机上并继续运行。 一 1 n 山东大学硕士学位论文 2 6 移动a g e n t 系统 移动a g e n t 系统由移动a g e n t 和移动a g e m 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 m 服务设施基于a g e n t 传输协议( a g e n t t r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 实现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。移动a g e n t 系统具有和具体的人或组织相关的授权，系统之间利用这 个授权来建立信任机制。在一台主机上能运行多个不同的移动a g e n t 系统， 每个系统上又可以运行多个移动a g e n t 。每个a g e n t 都可以和它的运行环境 进行交互，而a g e n t 间也可以进行通信。 2 6 1 现有移动a g e n t 系统 由于计算机网络特别是i n t e r n e t 的迅猛发展以及j a v a 语言的广泛应用。 人们对移动a g e n t 技术及其应用前景十分看好。许多大学、科研机构和商业 公司纷纷投入大量人力物力设计、开发并推出自己的移动a g e n t 系统。目前， 已出现许多学术性、商业性的移动a g e n t 系统。 d a g e n t ( 以前称为a g e n tt e l ) 是由d a r t m o u t h 学院设计开发的个简 单、安全、平台无关的移动a g e n t 系统。它建立在脚本语言t c l t k 之上并对 t e l 语言进行了扩充，目前支持多种语言：t c l ，j a v a 和s c h e m e 。d a g e n t 能自