（计算机科学与技术专业论文）面向多主体的基于政策的运行机制研究.pdf

面向多主体的皋于政策的运行机制研究 摘要 目前，计算机系统变得越来越复杂，如何有效地管理这些系统是当前的一个 热点问题。一般来说，为了有效地管理复杂的系统，特别是分布式系统，有两个 问题需要解决：1 ) 系统行为的自治性。系统怎样在无干扰的情况下自主地管理自 己，减轻管理人员的负担。2 ) 系统管理的可控性。提供怎样改变系统行为的一种 手段和机制，使系统按照人的意图运行。 我们的研究工作以系统管理的自治性与可控性为出发点，以多a g e n t 协同为 研究对象，并引入政策到系统管理中，详细阐述了政策精化方法及政策管理运行 机制，为实现政策驱动的多a g e n t 协同系统提供了一种新的探索。提出了基于概 念分解的政策精化方法，利用本体在表达语义方面的优势来简化政策精化的过程。 大致说来，主要工作和贡献包括以下两个方面： a ) 研究了政策精化方法，提出了一种基于概念分解的政策精化方法。该方法借 助于本体在描述概念之间语义方法的优势，通过建立政策本体与相关的领域 本体，借助本体语义推理，实现了将作为本体中一个概念的政策约束在语义 上分解为一系列语义单一的概念的集合，完成精化过程。当业务发生变化或 应用域发生更改时，只要修改或替换相应的本体，精化的结果可以及时地反 映最新的变化。 b ) 研究了政策管理的运行机制，提出了新的政策运行机制。在我们的政策运行 机制中，政策、政策受管对象以及受管对象的行为被视为三个独立的研究对 象。它们之间的关系是政策控制受管对象的行为，受管对象的行为要通过受 管对象来执行。政策用来控制受管对象进行行为选择，通过政策来驱动受管 对象进行行为切换，从而达到执行政策的目的。该方法的好处在于政策执行 更简单，整个运行机制能根据不同的要求进行修改和扩展，以适应不同的情 形。 关键词：政策；政策精化；多a g e n t 系统；基于政策的管理 a bs t r a c t n o w a d a y s ，t h es y s t e m s a r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e d h o wt o m a n a g et h e s es y s t e m se f f e c t i v e l yh a sa l r e a d yb e c o m eah o ti s s u e n o w g e n e r a l l y s p e a k i n g ，i no r d e rt om a n a g et h ec o m p l i c a t e ds y s t e m se f f e c t i v e l y ，t h e d i s t r i b u t e d s y s t e m si np a r t i c u l a r ，t w op r o b l e m sn e e dt ob er e s o l v e d ：1 ) a u t o n o m yo f t h es y s t e m b e h a v i o r h o wt om a n a g eas y s t e mb yt h es y s t e mi t s e l fw i t hm u c hl e s sh u m a ne f f o r t s t or e d u c et h ew o r k l o a do ft h ea d m i n is t r a t o r sg r e a t l y 2 ) c o n t r o l l a b i l i t yo fs y s t e m m a n a g e m e n t a na p p r o a c ha n dm e c h a n i s mo fc h a n g i n g t h es y s t e mb e h a v i o r1 s n e e d e dt om a k et h es y s t e mw o r ki na ne x p e c t e dw a y w eb e g i no u rr e s e a r c hw o r kw i t hf o c u so nt h ea u t o n o m ya n dc o n t r o l l a b i l i t yo f s y s t e mm a n a g e m e n ta n dw i t hm u l t i a g e n tc o o r d i n a t i o na st h et a r g e to f o u rr e s e a r c h a tt h es a m et i m e ，t h ep o l i c yi si n t r o d u c e dt ot h es y s t e mm a n a g e m e n t t h ep o l i c e r e f i n e m e n tm e t h o da n dt h eo p e r a t i n gm e c h a n is mo fp o l i c y b a s e dm a n a g e m e n ta r e d e s c r i b e di na ne x h a u s t e dw a y a l lo ft h e s ew o r k sb o ls t e r e dt h en e we x p l o r a t i o nt o r e a l i z e f l p o l i c y d r i v e n b a s e da n dm u l t i - a g e n tc o o r d i n a t i o ns y s t e m ap o l i c y r e f i n e m e n tm e t h o db a s e do nc o n c e p td e c o m p o s i t i o nh a sb e e np r o p o s e da n dt h e p r o c e s so fp o l i c yr e f i n e m e n t c a nb es i m p l i f i e db ym a k i n gu s eo ft h eo n t o l o g yw h i c hi s e x c e l l e n ti nd e s c r i p t i n gs e m a n t i cr e l a t i o n s h i p s i ng e n e r a l ，o u r w o r k sa n d c o n t r i b u t i o n sa r es h o w nb e l o w a ) ap o l i c yr e f i n e m e n tm e t h o db a s e do nc o n c e p td e c o m p o s i t i o nh a sb e e np r o p o s e d s u p p o r t e db yt h ea d v a n t a g e so ft h eo n t o l o g yi nd e s c r i b i n gs e m a n t i cr e l a t i o n s i p s a m o n gc o n c e p t s ，t h r o u g hb u i l d i n g p o l i c yo n t o l o g i e s a n dr e l a t e dd o m a i n o n t o l o g i e s ，u s i n go n t o l o g y s e m a n t i cr e a s o n i n g ，t h em e d h o dr e a l i z e s t h e d e c o m p o s i t i o np r o c e s so ff r o mar e s t i c t i o n w h i c hi t s e l fi sac o n c e p ti na n o n t o l o g yt oas e to fc o n c e p t st h a ta r es e m a n t i c a l l yu n i t a r y w h e nt h eb u s i n e s so r a p p l i c a t i o nd o m a i nc h a n g e s ，w eo n l y n e e dt o m o d i f y o rr e p l a c er e l e v a n t o n t o l o g i e st ok e e pt h er e s u l t so fp o l i c yr e f i n e m e n tu p 。t o d a t e b 、an e wp o l i c yo p e r a t i n gm e c h a n i s mh a sb e e np r o p o s e d i no u rm e c h a n i s m ，p o l i c i e s ， m a n a g e do b j e c t sa n db e h a v i o r so fm a n a g e do b je c t sa r ec o n s i d e r e da s t h r e e i n d e p e n d e n tc o m p o n e n t s t h ep o l i c ym a n a g e st h eo b j e c t t h eb e h a v i o ro fa m a n a g e do b je c th a st ob ee x e c u t e dt h r o u g ht h em a n a g e do b je c t p o l i c yi s u s e dt o c o n t r o lt h eb e h a v i o r s e l e c t i n gp r o c e s so fam a n a g e do b je c t t h r o u g hp o l i c y ，t h e i i i 面向多主体的幕于政策的运行机制研究 m a n a g e do b je c ti st r i g g e r e dt os w i t c hi t sb e h a v i o rt or e a l i z et h er u n n i n go fa p o l i c y t h em e t h o dm a k e st h er u n n i n go fap o l i c ym o r es i m p l e ，t h ew h o l e o p e r a t i n g m e c h a n i s mc a nb em o d i f i e do r e x p a n d e da c c o r d i n gt o d i f f e r e n t r e q u i r e m e n t st os u i td i f f e r e n ts i t u a t i o n s k e yw o r d s ：p o l i c y ；p o l i c yr e f i n e m e n t ；m u l t i a g e n ts y s t e m ； p o l i c y b a s e dm a n a g e m e n t i v 硕十学位论文 插图索引 图2 1a g e n t 通过s e n s o r s 和e f f e c t o r s 与环境交互7 图2 2 政策框架示意图1 4 图3 1 政策运行机制体系结构图2 0 图3 2a g e n t 注册以及政策执行示意图2 3 图3 4 政策运行方式示意图一2 5 图3 5l p r f 政策层次结构图2 6 图3 6 政策精化的一般过程示意图2 9 图3 7 概念分解过程示意图3 0 图3 8a g e n t 接受政策与执行相关行为示意图3 1 图4 1 政策类型的定义一3 4 图4 2 政策相关属性的定义3 4 图4 3 基于概念分解的政策精化示意图3 5 图4 5 本体中概念之间的关系3 7 图4 6 概念p pc o n d l 的定义4 0 图4 7 政策精化之条件概念分解示意图4 1 图5 1j a d e 体系结构中各主要构成元素之间的关系一4 4 图5 2a g e n t 在j a d e 平台上的通信过程4 5 图5 3 正在运行中的j a d e 平台4 5 图5 4 系统总体框架图4 6 图5 5 交易各方执行序列图4 8 图5 6 系统用例图4 9 图5 7 系统各模块构成示意图一4 9 图5 8 客户运行界面5 l 图5 9 商家运行界面5 2 图5 1 0 政策管理者运行界面5 3 v i l 面向多主体的幕于政策的运行机制研究 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表5 5 表5 6 附表索引 v i i i o 1 2 2 3 3 5 5 5 5 5 5 明 说 明 明明为明明说说说行说说为 为为分为为行行行部行行者 分分家分分理 部部商部部管户家件介流策客商配中物政 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本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。本人完全意识到本声明的法 律后果由本人承担。 作者签名： 彳缸争 日期：加叼年月 学位论文版权使用授权书 7 日 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并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。本人授权湖南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、缩印或扫描等复制手段保存和汇编 本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密回。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 付雌 钥哥 日期： 日期： 刀咱年 狮 6 月 6 月 7 日 夕日 硕十学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 近年来，随着网络技术的发展，系统朝分布式方向发展，跨领域的资源共享 和分布式协同的应用不断涌现。信息系统不再是仅限于在单机上运行，封闭式的， 更多的是开放的，联机运行的。借助于网络，分布在不同地方的系统可以构成一 个动态随机组合的临时的虚拟组织。通过虚拟组织，可以共享计算资源、存储资 源、信息资源和知识资源，使得系统的运行与管理更具时效性、动态性和灵活性， 能够满足不断变化的需求。网格计算就是为充分利用因特网上闲置的计算机资源 而提出的一种计算机技术思想【l 】。它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才 能解决的问题分成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理， 最后把这些计算结果综合起来得到最终的结果。 随着信息系统的规模日益庞大，结构变得越来越复杂，人工管理难度加大。 特别是在维护虚拟组织的过程中，仍然需要大量的人工配置、部署和监控工作， 人工管理难度陡然剧增，已经超越了人的管理能力极限。这样的发展趋势使得对 系统的可控性与可管理性的研究十分必要，研究系统在自治下实现自我管理。为 此，自治计算【2 j 的概念应运而生。自治计算是i b m 最先提出的一种概念，其最终 目的就是使信息系统能够自动地对自身进行管理，并维持其可靠性。在自治计算 的应用中，自治体以对人透明的方式封装复杂的管理活动，并能依据人类管理者 给出的高级目标管理自己，从而将人从复杂的系统管理工作中解脱出来。人只需 对系统的管理进行宏观地调控，增强了人机交互的便捷性和亲和度。 从上面的分析中，我们可以看到，一方面，为了支持庞大的信息系统在开放、 分布式的环境中运行，为其提供各种各样的共享资源，提出了网格计算的思想。 另一方面，为了对这些庞大的信息系统进行有效的管理，特别是实现自我管理， 提出了自治计算的思想。那么，现在的问题是：如何在一个虚拟的组织中，一方 面能够实现系统之间的资源共享以及协同合作完成共同的目标，而另一方面能够 使得系统在完成目标的过程中表现出相当程度的自治性昵? 简而言之，在系统协 同的过程中，怎样保持系统的可控性与自治性的有机统一呢? 1 2 研究现状 目前，为了实现可控的自主协作，出现了服务联邦服务市场的方式。各参与 方在联邦市场内通过服务的发布、发现和调用来实现自由、自愿、自主的协作。 面向多主体的基于政策的运行机制研究 由服务联邦服务市场制定相关的规则，各参与方在规则的约束下进行自治协同。 整个体系是建立在w e b 服务基础框架上的，一些w e b 服务协议( 如：w s d l 、s o a p 、 u d d i ) 构成了服务联邦市场的体系结构标准。然而，它们的应用范围是有限的， 首先，必须要求各参与方提供的服务支持w e b 服务协议，对于不支持w e b 服务 协议的服务提供者，则不能够参与到协作中来。其次，这种协作是某个特定应用 域的，难以对系统进行灵活控制、调整和重新配置。 多a g e n t 系统也是为实现可控的自主协作所提出的一种方式。a g e n t 是一种 具有自治性的软件实体【3 4 】。各a g e n t 通过a g e n t 通信机制实现相互之间的合作求 解，完成自主协作，具有相当的自由度和灵活性。目前，已经出现了许多a g e n t 运行平台，为实现多a g e n t 之间的协作提供了很好的基础设施。然而，由于缺乏 足够的机制来保证a g e n t 自身行为的可信性，使得多a g e n t 之间的协作是不可靠 的，例如，a g e n t 有可能执行了与系统管理者目标不符的动作。换言之，多a g e n t 系统缺乏有效的措施来保证其本身的可控性，缺乏集中统一的控制层。为此，需 要提供一个控制层，来引导自治体的行为。 为此，基于政策的管理思想应运而生，它的思想就是通过政策来集中统一地 对自治系统进行必要的控制。政策是一种约束集，它可以给各协作方施加约束。 政策可以有不同的抽象级别。作为最高层的政策，它可以一种近似自然语言的形 式来表达管理者的管理意图，从而使得协作各方能够体现管理者的目标。例如， 作为协作参与者的a g e n t ，通过政策的引导，可以使得它们的行为变得可信，解 决了多a g e n t 系统中的可信危机的问题。基于政策的管理广泛应用在自动化网络 和分布式网络中，目前主要出现三个流派：p o n d e r 5 , 6 】、r e i 7 】和k a o s 8 , 9 】。而国 内主要以史忠植等人的研究为代表，他们提出动态描述逻辑d d l 为基础的主体 理论模型，以主体服务描述语言s d l s i n 为多主体交互的语义基础，通过动作政 策、目标政策和优化政策三类政策约束主体协作行为，开发了主体网格平台 a g r l p ( a g e n tg r i di n t e l l i g e n c ep l a t f o r m ) 1 0 实现多主体的协同环境。虽然，上述提 到的方法都为基于政策的管理提出了独特的解决方案，不过仍然存在一些问题： 1 ) 缺乏有效的运行机制去实现可控的自主协作。要实现基于政策的管理，必 须研究相应的运行机制，来实现政策的引导作用。这其中包括政策的表示， 政策的精化以及政策的部署。目前所提出的方法都是针对特定的领域而提 出的，不利于方法的移植。 2 ) 缺乏应用范围广泛的政策精化方法。政策精化是实现基于政策的方法的关 键。虽然，现在已经出现了许多不同的政策精化方法，不过在应用域、自 动化方面还存在巨大的改进空间。 为了解决自治可控的系统管理，我们将研究基于政策的多a g e n t 协同管理方 法，重点研究运行机制和政策精化方法。首先，a g e n t 是一种自治的，具有一定 2 硕l ：学位论文 智能的软件实体。将a g e n t 作为复杂系统中每个功能模块的代理，这样，系统中 各个模块的交互协作就变成了多a g e n t 协作的问题，不仅很容易地保证了系统各 个模块的自治性，同时也将系统的自治管理问题转变为多a g e n t 管理的问题，可 以将一些成熟的a g e n t 技术应用于系统的管理当中。其次，政策是对规则集的一 种抽象。政策特别是高层政策是直接用自然语言表达的，反映了各种需求目标， 体现了人的意志，政策作为一种指导策略与具体的运行机制分离开来。使得当政 策发生变化时，可以不用改变系统的其他部分。 这样，通过将a g e n t 、政策等概念整合到分布式系统管理中，将政策引入到 a g e n t 的管理过程，既利用了a g e n t 的自治性保证了系统管理过程的高度自治， 实现系统管理的自动化，又通过政策对a g e n t 行为的影响实现了系统管理过程的 可控性。 为此，本文提出了基于政策导向的多a g e n t 协同运行机制，通过对这一机制 的研究，来解决系统管理的自治性与可控性的问题。大体上来讲，我们有以下几 个问题需要解决： 1 ) 需要设计相应的政策精化方法，将高层政策细化为低层政策，为政策的执行 提供基础，为政策运行机制的实现提供支持。在本文中，我们将提出基于概 念分解的政策精化方法。基本思想就是将政策与本体整合在一起，将高层政 策的一些属性视为本体中的一个概念，利用本体中概念与概念之间可能蕴含 的语义关系，通过语义推理、分析得到概念集。这些概念在语义上是单一的， 不可分解的。最后，创建一个新的本体类，将这些概念作为它的属性集保存 在本体文件中。 2 ) 需要研究政策运行机制，来实现政策对a g e n t 行为的导向功能，这里包括政 策的表示，政策的部署等一系列方法。具体地说来，我们要研究政策的描述 规范，政策的精化机制以及政策的部署方法。对于政策的描述，我们将采取 分层的形式，并利用o w l 语言来描述不同层次上的政策。政策部署将主要体 现在政策的存储以及政策的实施上。我们将利用概念映射的方式将出现在低 层政策的概念与具体的动作联系起来。另外，通过a g e n t 内部行为的切换来 体现政策的导向功能，从多a g e n t 系统的宏观视角上来看，实现了政策导向 的机制。 1 3 论文的内容与结构 本文研究的课题是国家自然科学基金项目“政策驱动的自治、可控协同机理 的研究 的一部分。该项目主要分为三大块，理论模型，语义规范，运行机制。 理论模型是整个项目的核心理论和依据，语义规范是主体互操作的基础，整个项 目想在基于前人研究的基础上，提出一种新的解决思路，即将政策与a g e n t 结合， 面向彩主体的基于政策的运行机制研究 把政策融入到a g e n t 的思维过程中去，以期望实现系统管理过程的自治性和可控 性。 1 3 1 论文的研究内容 大体来讲，在本文中，我们主要围绕政策管理的运行机制展开研究，重点研 究了政策精化方法，另外对政策的表示和政策的部署方法也作了研究，目的是为 解决多a g e n t 协作的可控性提供相应的运行机制，从而为实现可控的系统自我管 理提供新的方法，主要的研究内容及贡献如下所述： i ) 研究了政策精化方法，提出了一种基于概念分解的政策精化方法。该方法借 助于本体在描述概念之间语义方面的优势，通过建立政策本体与相关的领域 本体，借助本体语义推理，实现了将作为本体中一个概念的政策约束在语义 上分解为一系列语义单一的规则集合。该方法依托本体提供的语义信息，通 过更换不同的本体可适应于不同的领域范围，对精化的结果可以人为的控制。 当业务发生变化或应用域发生更改时，只要修改或替换相应的本体，精化的 结果可以及时地反映最新的变化，实时性强。 2 ) 研究了政策管理的运行机制，提出了通过政策来驱动a g e n t 行为切换的思想 来实现政策的运行和实施的机制。政策一旦精化后，相关a g e n t 必须按照执 行政策中指定的行为。为此，首先，我们建立了精化后的概念与行为之间的 映射关系。其次，当应用政策时，与之对应的动作行为代替了a g e n t 当前的 动作行为，即政策触发了a g e n t 停止执行当前的动作行为，而转去执行政策 所要求的行为，实现了政策的导向功能。该方法将政策、行为以及a g e n t 作 为独立的三方来看待，应用灵活，可扩展性强，可适应不同的情况。 3 ) 开发了一个虚拟商品交易系统，实现了我们提出的政策管理运行机制。利用 j a d e 平台作为实验的基础，从政策的表示、精化和部署等方面全面展示基于 政策导向的运行机制，并突出了政策精化方法以及政策驱动a g e n t 行为切换 的思想。 1 3 2 论文的结构 本文主要分为六章，各章的主要内容介绍如下： 第l 章：绪论。本章主要介绍了论文的研究背景与研究现状，然后引出本文 课题的来源并介绍了本文的研究内容，最后介绍了本文的整体组织结构。 第2 章：相关理论基础与研究综述。本章主要介绍了本文研究课题所涉及的 一些基本概念和技术，简要地综述了它们的研究现状以及与我们的研究之间的联 系。 4 硕十学位论文 第3 章：面向多主体的基于政策的运行机制。本章主要介绍了政策的运行机 制，从运行机制的体系结构的研究出发，通过政策的表示、精化和部署机制，阐 明整个运行机制的基本运行流程。 第4 章：政策精化方法。本章主要介绍了我们提出的基于概念分解的政策精 化方法，从算法的介绍、实例的分析等多角度展示我们的方法思想。 第5 章：基于政策的多主体系统。本章主要基于j a d e 平台，开发一个旨在 验证我们提出的政策管理运行机制的商品交易系统，并对运行情况进行了分析和 总结。 第6 章：结论和展望。本章主要对研究的成果进行分析总结，并指出不足之 处以及未来的研究方向。 5 面向多主体的基于政策的运行机制研究 2 1 引言 第2 章相关理论基础与研究综述 总体来讲，在研究基于政策的管理运行机制过程中，我们的理论基础主要包 括以下三个方面：行为主体的a g e n t ，作为引导a g e n t 行为的政策以及相关的政 策运行机制。 政策作为一种行为指导的手段，它实际是影响动作行为的一些约束集，制定 健全的政策语义描述规范，使得静态或动态制定的应用域合作协议( 标准、协定和 约束) 以及互操作交换的信息具有一致的语义理解基础。基于政策的管理就是以政 策为管理系统的工具，来宏观约束个体的行为。 基于政策管理的运行机制就是为实现协同的自治和可控提供支持，把基于政 策的分布式管理模式和m a s 协作两者的优点结合，可分别满足这两个看似矛盾 的要求。具体的说，以具有智能特性的智能a g e n t 直接参入协作的全过程，通过 引入表示协同知识的政策，结合政策精化技术和相关部署机制，指导智能a g e n t 的决策行为，驱动协同进程，按需自主建立协作关系，实现协作目的。 自治计算是实现系统自我管理的一种重要的思想方法，而a g e n t 技术是实现 自治计算思想的理想技术，同时也是实现基于政策的管理的系统的基本元素。 a g e n t 由于其本身具体相当好的自治性，成为实现系统自治性的基础。网格计算 即是分布式计算，它研究如何把一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题分 成许多小的部分，然后把这些部分分配给许多计算机进行处理，最后把这些计算 结果综合起来得到最终的结果。 下面，我们介绍一下在本文研究中涉及的相关概念和技术，并对一些技术的 研究现状进行较详细的分析和总结。 2 2 a g e n t 原理和技术 2 2 1 a g e n t 的概念和结构 一个实体被称为一个a g e n t ，它必须满足以下几个特点：它必须有一个 s e n s o r ( 传感器) 和一个e f f e e t o r ( 受动器) ，它必须能与它所处的环境进行交互，即 一个a g e n t 通过s e n s o r 来感知它所处的环境的变化，通过e f f e c t o r 来对环境的变 化采取相应的动作。例如：一个人可以被视为一个a g e n t ，其中人的眼睛、鼻子、 耳朵和其他的器官可视为s e n s o r ，手、脚和其他的身体部位可视为e f f e c t o r 。人通 6 硕十学位论文 过眼睛观察到天快要下雨了，于是他知道到屋用手拿一把伞。一个典型的a g e n t 与环境的交互图如图2 1 所示： 图2 1a g e n t 通过s e n s o r s 和e f f e c t o r s 与环境交互 由图2 1 可知：a g e n t 通过s e n s o r s 接受输入，输出结果为一系列的a c t i o n s 。 具体的处理输入过程不依赖于任何外部环境，也就是说一个a g e n t 能够根据s e n s o r 传过来的输入( p e r c e p t s ) ，自主的决定应该采取哪个相应的a c t i o n ，通过e f f e c t o r s 输出a c t i o n s 。 a g e n t 技术作为人工智能的重要分支，已经得到了广泛深入的研究，目前对 a g e n t 的定义尚存在不同的看法。依据w o o l d r i d g e 和j e n n i n g s f l l , 1 2 的观点，a g e n t 定义为：a g e n t 是处在某个环境中的计算机系统，该系统有能力在这个环境中自 主行动以实现其设计目标。总的来说，a g e n t 没有一个通用的的定义，不同领域， 不同研究背景的人给出的a g e n t 的不尽相同，但所有的定义中包含一些共同的思 想，我们可以认为一个a g e n t 应该至少具备以下几个关键的特征：l 、自治性。2 、 与环境独立交互的能力，即不依赖于人或其他任何系统的干涉。3 、社会性，即与 其他a g e n t 交互的能力。一个智能a g e n t 是一个这样的计算机系统，它具有灵活 可变的行为，以满足它的设计要求。一般来说，智能a g e n t 应该具有以下特征： 反应性，智能a g e n t 可以感知它们的环境，并可以对环境发生的变化以即 时的方式做出反应，以满足它们的设计目标； 预动性，智能a g e n t 通过主动发起可以表现出目标引导的行为，以满足它 们的设计目标，可以主动发起一个动作； 社会行为能力，智能a g e n t 可以与其它a g e n t 交互以完成多a g e n t 之间的 协同以完成一个共同的目标。 2 2 2 研究现状 目前，从主体的构造角度来说，a g e n t 的结构主要有以下几种：思考型a g e n t 、 反应型a g e n t 和混合型a g e n t 。 思考型a g e n t 是一个意识系统，具备人类所具有的思维状态，如信念( b e l i e f ) 、 愿e _ 望( d e s i r e ) 、目标( g o a l ) 、意图( i n t e n t i o n ) 等。b r a t m a n 等人【1 3 , 1 4 】将信念、目标和 意图作为主体思维状态的基本组成元素，并强调了意图的不可替代性。为了结合 7 面向多丰体的基于政策的运行机制研究 社会属性，研究者陆续将承诺( c o m m i t m e n t ) 、义务( o b l i g a t i o n ) 、准贝, l j ( n o r m ) 等元素 也加入主体思维状态中去。思考型a g e n t 构造比较复杂，智能程度比较高。 在反应型a g e n t 结构中，状态与动作的直接映射，基于刺激一一反应的机制。 在动态环境下执行速度快( 不需要推理) ，设计简单。但不能学习，当a g e n t 涉及 到大量的动作时，设计很困难，其智能性也不高。 混合型主体结合了反应型主体和思考型主体的优点，具有较强的智能性和健 壮性。 单个主体一般只拥有有限的计算能力和计算资源，在实现自身目标和全局目 标的过程中往往需要与其他的主体进行交互和协作。由多个通过交互进行资源共 享和协作问题求解的主体构成的系统我们称之为多主体系统。目前对多主体系统 ( m a s ) 的研究工作主要包括主体之间的协同 15 1 ，协作1 6 1 和协商【1 7 1 等。在自治计算 中，通常也选择a g e n t 作为自治元素。 2 2 3 分析与小结 a g e n t 是一个自治的软件实体，它是实现系统自治性的一个重要的基础。同 时a g e n t 模型也是一种开放的模型，意味着，在不违背a g e n t 基本规范的前提下， 我们可以根据具体的应用需求对基本的a g e n t 模型进行扩充，引入相应的算子， 从而形成适用于特定领域的a g e n t 模型。近年来，为了使得在开放的环境中a g e n t 之间协作更加明确、稳定和可预见，规范、合同和义务等概念被引入到a g e n t 模 型。经过扩展的b d i 逻辑使得a g e n t 在决策时不仅考虑到内部的动机，也可以使 得外部的一些动机能够得到a g e n t 的尊重，从而做出适当的行为决策。 在基于政策的管理运行机制的研究中，我们选择a g e n t 作为行为的承载者， 也是政策的最终执行者。我们做出这样的选择是基于以下几点考虑的：1 ) a g e n t 是一种非常开放的软件结构，可以很容易地将政策引入其中。2 ) 本文的主要目的 是对系统的自治性与可控性进行研究，其中我们的重点是研究可控性，也就是实 现基于政策的管理运行机制，而a g e n t 是具有自治性的软件实体，将其作为基于 政策管理研究中的行为承载者，能够更好的说明系统的可控与自治。3 ) 在本文中， a g e n t 作为实例研究中的基本对象，a g e n t 可代表系统中的各方在政策的引导下进 行协同，完成一个目标。 2 3 政策及基于政策的管理 2 3 1 政策 政策【1 8 , 1 9 】可定义为一个明确的目标或动作方法去指导系统当前或未来的决 策。也就是说，它可以定义为一组规则，用于约束相关的政策实施者，以达到预 期的各种目标。 硕七学位论文 一个政策包括政策执行的主体和客体，政策的主体代表了政策执行方，政策 的客体代表了通过执行方执行政策后，客体状态发生的变化。政策具备以下几个 特点： 持久性。那种在执行一个动作后失效的命令不能算为一个政策，政策与被 管理的系统相比是相对静态的。 声明式的。政策在某种情况下的应该采取相应的行为，这些操作或行为可 被调用而不是改变操作本身的功能。 从管理目标中获取。管理目标可视为高层或抽象的政策。 政策定义可采取分层的形式，层数没有限制，一般采取3 层形式 第一层是高层抽象的政策，此时政策是不可以直接执行的，它主要是指的一 个商业目标，服务层的协定，或是信任关系甚至可以是自然描述语言。很显然它 需要进行精化成相应的可执行的元政策。 第二层规范层的政策，有时也指网络层或业务层的政策。这些政策由管理员 提供对低层政策的抽象，但以一种精确的格式描述，这些政策一般与特定的服务 或对象有关，它们的解释能自动进行。 第三层是低层政策或配置如设备配置，安全机制配置( 如访问控制项，防火墙 配置) ，目录s c h e m a ( 如l d a p ) 以及其他的一些设置。 通过政策精化，可实现将上层政策转化为下层政策。关于政策精化的内容， 将在本文后面有详细的介绍。 2 3 2 本体 在人工智能界，最早给出体( o n t o l o g y ) 2 0 彩 定义的是n e c h e s 2 0 等人，他们 将本体定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和 关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义y y on e c h e s 认为：“本体定义了组成主 题领域的词汇表的基本术语及其关系，以及结合这些术语和关系来定义词汇表外 延的规则。后来在信息系统、知识系统等领域，越来越多的人研究本体，并给出 了许多不同的定义。 本体可认为是一种共享的概念模型，包括进行领域知识建模的概念框架、互 操作的a g e n t 之间进行交流的内容明确协议、以及表达特定领域理论的协定。在 知识共享的上下文环境中，本体特指表达性词汇表的定义的形式。一个非常简单 的例子就是分类的层次结构，指明了类和它们之间的包含关系。 本体可以描述政策中包含的语义关系，实现政策的语义化。通过本体语义的 推理，可以发现不同层政策之间包含的概念之间的语义关系。可以将本体论的知 识应用到我们的研究工作中来，本文后面章节将有具体的介绍。 9 面向多主休的幕于政策的运行机制研究 2 3 3 政策精化 一个政策可能被定义为一个明确的目标来指导当前和将来动作的规则。简单 地说，它可以被定义为一个规则的集合，这些规则用于表述如何到达一个预期的 行为。这可以通过政策精化来完成，政策精化的过程就是将高层的目标映射为低 层的政策。政策精化对成功实现基于政策管理至关重要。政策精化的实质就是将 管理系统行为的一个抽象规则细化为具体的，可实施的具体规则。通过执行低层 的具体规则来完成高层的管理目标。被精化的高层政策可以是需求目标，也可以 是约束。m o f f e t t 和s l o m a n t 2 4 , 2 5 给出了政策精化的主要目标： 确定满足政策需求所需的资源。 将高层政策，转换成系统能够执行的可运行的元政策( 低层政策) 。 验证低层政策是否满足高层政策的要求。 目前，政策精化方法受到研究人员的重视，因为它是实现基于政策的系统管 理的一个瓶颈。目前，基于本体的政策精化是一个研究趋势。随着本体语言o w l 的日渐流行，它也被用于作为政策的描述语言。使得基于政策的系统管理能够利 用本体在语义方面的优势更好地对系统进行管理，因为在政策精化过程中，利用 本体中概念之间的语义关系，可以很容易地对一些抽象的概念进行细化分解。在 本文中，我们提出了一种基于语义分解的政策精化方法，其实质就是利用本体中 蕴含的一些语义关系，将抽象政策中表达抽象规则的概念细化为具体的，语义单 一的约束规则的集合，在本文的后面章节将有详细介绍。 2 3 3 1 研究现状 政策精化在实现基于政策的管理中具有非常重要的作用，下面就近年来国内 外关于这方面的研究进行简单的介绍。 文献 2 6 中采用k a o s 中的形式化技术进行目标细化，每个目标表示为时态 逻辑规则并使用精化模式将原始目标分解为逻辑上被包含的子目标。这个过程生 成了精化后的目标的集合。精化技术利用了k a o s 目标分解技术和反绎推理技术 将高级需求转换成策略( 例如，与事件和前提条件相关的管理操作集) 。政策精化 过程中的一个关键步骤是将高级政策描述的目标细化为低层的能够被相应系统实 现的目标。利用k a o s 进行目标细化【2 7 】( g o a le l a b o r a t i o n ) ，利用时态逻辑和相关 证据来检测目标细化过程中可能出现的一些问题。另外，该技术还使用了 o b s t a c l e s ( 否定目标) ，它用来精化和处理原始目标以提供新的子目标。该方法的最 后一个阶段就是将每个精化了的目标指派给特定的对象操作使得最终系统满足 原先的需求。k a o s 方法的一个重要的特点就是目标细化过程可由模式来支持， 这些模式可以与领域相关，也可以与领域无关。他的方法在一定程度上实现了精 化过程的自动化，但是也有些不足，一是精化过程依赖目标的形式化定义，管理 1 0 硕十学位论文 员必须使用时态逻辑公式去描述精化过程中用到的目标。二是冲突规则和目标模 式必须由人工来定义，当发生冲突时，也没有提供对冲突进行处理的方法。得到 的策略并没有提供用于管理操作的参数值。 文献 2 8 1 中提出了一个基于面向目标需求工程和模块检测技术的政策精化方 法。通过k a o s 的目标细化方法，得出逻辑上蕴含高层管理目标的低层政策。然 后，利用线性时序逻辑方程和模块检测功能，得出系统在完成低层目标时的执行 轨迹，根据系统运行轨迹，从而可从中提取出相应的受管实体( 政策的客体) ，条 件以及行为。这样就可以最终将低层目标编码为精化后的政策。该方法的创新点 是在面向目标的政策精化框架中引入了形式验证( f o r m a lv e r i f i c a t i o n ) 技术。政 策精化过程的一个重点是抽象出政策精化模式，但是，抽象出一个通用的精化模 板是不现实的，文中主要针对d i f f s e r vq o s 2 9 】应用介绍了他们的精化方法。在他 们的方法中利用了两个重要的背景知识，一个是模式驱动的目标细化，一个是线 性模块检测。模式驱动细化中使用了k a o s 目标细化方法，利用定义的一些模 态算子表述目标细化模式。模板检测主