（计算机应用技术专业论文）移动agent关键技术研究.pdf

! 垫! ! ! 坐墨壁垫查堕塞二塑堡l 一 摘要 移动a 簖n t 技术是新型的分布计算技术，它弥补了传统的客户服务器技术的不足， 有着巨大的应用前景。目前移动a g e n t 的研究已经取得很多成果，但它仍然有许多不足 之处，如代码迁移机制不够灵活、移动a g e n t 系统容错机制效率不高等。针对这些问题， 本文对移动a 2 e n t 的一些关键技术进行了深入地研究，主要工作及成果包括： 1 提出了一种综合应用固定代码源、请求传送方式和移动代码源、全传送方式的柔 性移动a g e n t 代码迁移方法，f 它较之目前大多数移动a g e n t 系统中采用的单一代码源、 单一传送方式的代码迁移方法具有更高的灵活性和适应性。另外，本文设计了一种不修 改j a v a 虚拟机而是通过转换源程序进行的j a v a 线程状态捕获、保存和恢复的方法，从 而支持基于j a v a 的移动a g e n t 强迁移。目前大多数基于j a v a 的移动a g e n t 系统都只支持 弱迁移，而移动a g e n t 强迁移在很多领域都是必不可少的。， ”一：；= r 7 2 提出了一种移动a g e m 影子与追踪设施a g e n f r r a c e r 相结合的移动a g e n t 位置追踪 机制，f 它解决了两个问题：一是当移动a g e n t 位置改变时，其它a g e n t 可以知道这一变 化：二是在移动a g e m 迁移过程中，利用a g e m 消息代理作为其消息缓存和转发的部件， 因此不会出现消息的丢失问题。它具有实现简单、速度较快、灵活性较大和可靠性高等 优 并 点 自学习能力，从而支持移动a g e n t 完全匿名的、异步的、智能的交互。，、一 f4 提出了一种基于阶段节点成环形拓扑的移动a g e n t 容错方法。与其它的移动a g e n t 容错方法相比，它具有效率高、时间及空间代价小的特点。 5 提出了一种基于移动a g e n t 影子与a g e n f n a c e r 相结合的位置追踪方法和能量概念 的移动a g e n t 控制机制。它具有寻找某个移动a g e n t 、检测它是否是孤儿、对孤儿a g e n t 进 行主动终止或被动终止的功能。与目前实现的基于路径的移动a g e n t 控制机制相比，它具 有通信量很小、避免恶意a g e n t 的长期存在和无限繁殖等优点。 ，一一一 ，3 关键词：移动a g e n t ，移动a g e n t 迁移移动a g e n t 控制，容错，移动a g e n t 交互 壁垫! 竖竺! 差壁垫查旦茎二兰坐竺竖一 r e s e a r c ho nk e yt e c h n i q u e s f o rm o b j l e a g e n t s w a i l gh o n g ( c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n 0 1 0 9 y ) d i r e c t e db yl i ns h o u x u na n dz e n gg u a l l g z h o u t h em o b i l ea g e n tt e c h n o l o g yi san e w d i s 仃i b u t e dc o 1 p u t i n gt e c h n o l o g y i tf e t c h e su p t h e d e n c i e n c i e so ft h ec 1 i e n t s e r v e rt e c l l i l o l o g ya n d h a s aw i d e 印p l i c a t i o np r o s p e c t n o wa1 0 to f a c h i e v e m e n t sh a v eb e e ng o ti nt h em o b i l ea g e n t r e s e a r c ha r e a b u tm e r ea r es t i l ls o m e d e f i c i e n c i e ss u c ha st l l ec o d em i g m t i o nm e c h a n i s mi s n o tn e x i b l ea n dt h ef a u l tt o l e r a n c e m e c h a n i s mi sn o te m c i e n te n o u g h ，e t c a i m i n ga tt h e s ep r o b l e m s ，w e1 u c u b m t es o m ek e y t e c h n i q u e sf 研t l l em o b i l ea g e n t s t h e m a i nw o r ka i l da c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s 1 ac o d em i g r a t i o nm e m o do ft l l em o b i l ea g e n t st h a tc o m b i n e st h ef i x e d c o d e s o u r c e d l u st h en e e d e d c o d e t h n s m i s s i o na n dt l l em o b i l e c o d e s o u r c e p l u s t h ea 1 l c o d e n a n s m i s s i o ni sp r e s e m e d i ti sm o r en e x i b l en l a l la n y o n e o ft h e m a sf o rt h es t a t em i g r a t i o n ， w eb r i n gf o r w a r dam e t l l o dt oc a p t l l r ea 1 1 dr e s 啪et h ej a v am r e a d s s t a t e i ti sr e a l i z e db y 仃a n s f o m i n g t h ej a v as o u r c ep r o g r a m sr a t h e rt t l a nc h a n g et h ej a v a r m a lm a c h i n e ( m ) i n t l l i sw a y t h ej a v a - b 觞e dm d b i l ea g e ms 仃o n gm i g r a t i o ni ss u p p d r t e d a tp r e s e n t ，o n l ym e w e a km i g r a t i o ni s s u p p o r t e d i n m a n yj a v a _ b a s e d m o b i l ea g e n ts y s t e m s b u tm es 订o n g m i f a t i o n o f t h em o b i l ea g e n t si sn e c e s s a r yi nm a n ya r e a s 2 am o b i l ea g e ml o c a t i o nt r a c l 【i n gm e c h a n i s mc o 证b i n i n gm e m o b i l ea g e n ts h a d o wa n d t h ea g e n t t a c e ri sp u t 内枷i nt l l i sm e c h a n i s m ，t 、p m b l e m sh a v eb e e ns 0 1 v e d o n ei s i n f o m l i n g0 t h e ra g e n t st l l en e w l o c a t i o no fam o b i l ea g e mw h e ni th a sm i g r a t e d t h eo t h e ri s u s i n gam e s 鼯g ep r o x yt or e c e i v ea n d t r a n s m i tt n e s s a g ei na na g e n tm i g r a t i o np r o c e s s ，t l l e m e s s a g e w o u l dn o tb el o s t i th a sm a n y a d v a i l t a g e ss u c h a ss i m p l e ，q u i c k ，f l e x i b l ea i l dr e l i a b l e ， e t c 3 t h el i n d a 1 i k et u p l es p a c ei se x t e n dt oa ni n t e l l i g e n tt u p l es p a c i t s ) a n d 也ei t s s u p p o r t st h em o b i l ea g e n ts h a r ed a t a s p a c ei n t e r a c t i o n i tn o to n l yh a sa 1 1a d v a i l t a g e so f t l l e l i n d a l i k et 叩l es p a c eb u ta i s oh a sr e a c t i v ea i l ds e l f - s t u d ya b i l i 够i ti st l l em o s ts u i t a b l ef o r t h emo _ b i l ea g e n ti n t e r a c t i o n 也a ti ss p a t i a l l yu n c o u p l e da n dt e m p o r a i l yu n c o u p l e d b a s e do ni t ， t h ea n o n y m o u s ，a s y n c h r o n o u sa n d i n t e l l 谵e mm o b i l ea g e n t i n t e r a c t i o ni ss u p p o r t e d 4 ah i g h l ye 历c i e n tm o b i l ea g e n tf a u l tt o l e r a l l c em e c h a n i s mb a s e do nt h er i n gs 协g e t o p o l o g yi sp r e s e r r t e d c o m p a r e dw i m o 也e rf a u i tt o l e r a n c em e c h a n i s m so f 也em o b i l ea g e n t s y s t e m s ，i tu s e sl e s st i m ea n ds p a c e 5 am o b i l ea g e n tc o n 虹d lm e c h a i l i s m ，b a s e do na ne n e r g yc o n c e p ta n dt 1 1 em o b i l ea g e n t l o c a t i o n 舡a c k i n gm e 血。db yl l s i n g t t l e a g e n f r r a c e ra n dt h em o b i l ea g e n ts h a d o w ，i sp u t f o n v a r d 1 th a ss u c hf i l n c t i o n sa s i o c a t i n g m o b i l e a g e n t s ，d e t e c t i n go r p h a na g e n t s a i l d t e m l i n a t i n gt h e m t i v c l yo rp a s s i v e l y c o m p a r e dw i t ht l l em o b i l ea g e n tc o n 仃o lm e c h a n i s m 移动a g e n t 关键技术研究： a b s 怕c t b a s e do nt h ep a t h ，i th a sm a n ya d v a n t a g e ss u c ha st h ec o m m u n i c a t i o nc o s ti sm t h e r1 0 w m a i i c i o u sa g e n t sa r e p r e v e i l t e d 丘o m1 i v i n ga n dp r o p a g a t i n gi n f i n i t e l y e t c k e y w o r d s ：m o b i l ea g e n t ， m o b i l ea g e n t m i g r a t i o n ， m o b i l ea g e n t c o n t r o l ， f a u l tt 0 1 e r a n c e ， m o b i l e a g e n ti n t e m c t i o n 声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。就我所知，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。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了谢意。 作者签名： 王红日期： 3 2 5 ，5 关于论文使用授权的说明 中国科学院计算技术研究所有权处理、保留送交论文的复印件，允许 论文被查阅和借阅；并可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、 缩印或其它复制手段保存该论文。 作：王红翩躲舻络期：加刎伽 7 第一章引论 第一章引论 随着计算机硬件和软件，特别是网络技术的发展，整个计算环境发生了深刻的变革， 网络计算开辟了计算机应用的新天地。传统的客户，服务器( c s ) 模型因其灵活性差等原 因，已经不能很好地满足大而复杂的分布式计算要求。尤其是近几年来，i n t e m e t 更有 大量移动设备上网、用户的个性化需求越来越强及应用日益复杂多变的趋势。而且j a v a 这种非常有利于编写移动代码的计算机语言，已经逐渐成为世界性的语言。这些因素都 促使一种新的计算模型移动a g e n t 的诞生和快速发展。 本章主要讨论移动a g e n t 关键技术研究的意义，介绍研究的背景、内容及创新点 最后介绍论文的组织结构。 1 1 研究的意义 计算机技术特别是网络技术的发展，使得计算环境发生了并且正在发生着根本性的 变革，当前我们正处在以网络为中心的计算时代。整个计算环境表现出海量资源的高度 分布性和无序性、环境的异质性、极强的动态性等特点。海量资源的高度分布性和无序 性是指：整个计算环境的信息资源十分庞大，且数量仍然在急速地增加。这些资源分布 在世界各地的上亿台主机上，没有一个统一的管理机构进行管理，因此呈现出无序的状 况。环境的异质性是指：以网络为中心的计算具有极强的开放性，它包容了计算机发展 各个阶段的各种产品。这就使得整个计算环境充满了异质性，主要表现在异种硬件设备、 异质的操作系统、异质的网络以及不同的数据格式和标准等。极强的动态性指：整个计 算环境是动态变化的，资源的数量、类型和有效性等都在不断地改变。例如，信息资源 的不断更新，各种移动计算设备在不同时间，不同地点，以断续的方式接入持久性网络 等。此外，整个网络计算环境还具有处理能力分布的不均匀性以及网络通信的非对称性 等特点。 在传统分布式计算环境中，参与计算的实体遵循的主要计算模型是c s 模型。各实 体之间通过消息传递或远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 进行数据交换，相 互遵循固定的通信协议。整个环境具有静态的结构，用户只能使用服务器上预先设定好 的服务，因此，整个信息处理过程是被动的，不能根据用户的需求动态变化。尽管传统 的c s 模型在p 回络中仍被广泛地使用着，但是在目前这种分布、异质和动态的计算环境 下，c s 模型已经明显地表现出不足之处，主要表现在以下几方面。 1 1 1c s 模型的不足之处 ( 1 ) 不适于移动计算 随着移动通信特别是无线通信的发展，移动计算将成为一种重要的计算模式。这种 计算所采用的设备多为便携式计算设备，例如笔记本，掌上电脑或个人数字助理 主璺型堂堕苎主兰垡堡生整垫塑! 竺茎里塾查墅窒一 ( p e r s o n a ld i 2 i t a la s s i s t a n t ，p d a ) 等。它们大多采用无线接入方式与固定网络连接， 以支持移动用户在任何时候、任何地点访问网络中所需的资源。因此，移动式计算具有 计算设备的存储和处理能力相对较弱、线路带宽低、费用高、不可靠、有预见的断接以 及计算依赖有限的能量源等特点 s a t y a n a r a 【y a l l a n 9 7 】 李霖9 7 。然而，由于c s 模型在计 算中一般需要进行大量中间数据的传输而且在完成一个计算任务前需要线路保持持续 连接，因此它很难应用于移动式计算。与移动式计算的情况类似，使用调制解调器和电 话线连入网络的个人计算机也存在相同的问题。 ( 2 ) 服务器端功能固定 在c s 模型中，服务器端只能提供固定的操作。如果客户要执行新的操作，有两种 方案可供选择：一种是请求开发者修改服务器端程序增加功能。但在网络计算环境下， 客户的数量不断增加，服务器不可能无限地增加服务，以满足每个用户的需要。另外， 功能集中于服务器也将加重服务器的处理负担。另一种方法是客户多次调用服务器的基 本操作，把数据传输到本地进行处理。但大量中间数据的传输将浪费带宽，这在移动式 计算中表现得更加明显。 ( 3 ) 所构成的现代分布式信息系统灵活性较差 传统的c s 模型构成了网状的服务和被服务的关系。在由它构成的现代分布式信息 系统中。一方面系统结构功能固定灵活性较差，难以作到业务动态重构：另一方面如果 出现部分失败，也不易定位和恢复。众所周知，个人计算机的成功很大程度上依赖于第 三方软件开发商。在一个硬件和操作系统生产商的平台上，众多开发者建立了各种应用， 使得个人计算机成为日常生活必不可少的工具。如果将目前的整个网络环境看作是一个 整体的计算资源，则同样可以期望它的成功依赖于众多开发者，即公共网络成为开发者 自由建立应用和通信的平台。但c s 模型并不适用于这种真正开放的网络环境。 从以上分析可以看出，无论是基于消息传递还是r p c 的c s 模型，由于计算环境中 的实体都是静态和被动的，灵活性较差，因此不能完全适应当前复杂多变的计算环境。 而移动a g e n t ( m 0 b i l ea g e n t ，m a ) 可作为c s 模型的补充，来解决分布式计算中的一 些更为复杂和更加灵活的问题。也许并不是所有的应用都需要移动a g e n t ，但是当用户 需要时，它就可以作为种有效的手段，使用户完成其部分甚至全部任务。同时它也为 下一代网络计算系统的灵活性、主动性、安全性的研究提供基础。 1 1 2 移动a g e n t 适应当今计算环境的新特点 一般认为移动a 窟e n t 具有如下特点： ( 1 ) 自主计算 a g e n t 的自主性意味着a g e n t 一旦被创建就可以独立运行，它能够根据自身所处的环 境和状态决定如何去做，不需要用户干预【s a l l u g u e t 9 7 】 h a r r i s o n 9 5 】。 ( 2 ) 支持离线计算 用户可以将一个计算任务封装在移动a g e m 内部并将其派遣出去，然后中断网络连 2 苎= 兰型l 一 接去处理其它工作，而移动a g e n t 将在网络中自主运行。移动a g e n t 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 h u r s t 9 7 j o s 印h 9 5 。 ( 3 ) 减少网络通信量 移动a g e m 可以迁移到数据源端进行本地计算，和客户端没有中间结果的传递，仅 返回最后结果。因而，在要处理的数据量很大、多个数据源分布在不同地点以及网络带 宽不足的情况下，移动a g e n t 可以有效地减少网络的通信量 i b b e r t 9 7 。 ( t ) 利用和控制远程设施 移动a g e m 最大的特点是它可以迁移到远地机器上执行，因此，一方面它能够利用 远程各种资源，另一方面它能实施远程设施的本地控制【s a h u g i l e t 9 7 】。 ( 5 ) 动态布署 由于a g e n t 的移动性，应用构件能够被动态地部署到任意的网络节点上。这一特点 可以用于实现动态扩充服务器功能，例如，用户可以编写自己的移动a g e n t 并将其发送 到服务器端，在运行时扩充服务器的功能。这样既可提高整个系统的灵活性，又可以实 现用户定制化服务器功能，最终形成一种普遍的、开放的网络服务框架 r o b e n 9 7 。 ( 6 ) 增强应用的健壮性 移动a g e n t 不仅可减少应用对网络连接可靠性的要求，而且它的自主性可使它具备 对环境的反应能力，建立容错性能更强的分布式系统。 ( 7 ) 提供平台无关性 移动a g e m 能跨平台运行，其应用编程不存在程序移植问题，便于应用的快速开发。 ( 8 ) 提供更自然的电子商务模式 用移动a g e n t 代表用户参与电子交易，买家可在网上自由寻找卖者、查询商品种类、 商谈价格；卖家也可主动上门向买家推荐商品。两者的交流可采用自定义的协议，交易 方式很自然。 除了上述特点外，移动a g e n t 还具有对等通信，方便开发以及同已有的软件集成等 优点。利用移动a g e n t 的这些特点，可以将计算任务封装在一个移动a g e n t 内，通过迁移 完成分布处理，提高系统的灵活性。 这里需要说明的是，弥补c s 模型的不足也可以使用许多其它技术，例如，队列化 r p c ，代理服务器等。但这些技术大都仅适合于某种特定的应用，而移动a g e n t 作为 种统一的计算模型，可以解决上述所有问题 朱淼良o l 】。 1 2 研究背景与内容 移动a g c n t 这一概念最早出现于1 9 9 5 年，是由g e n e m lm a g i c 公司提出并在它的产 品t e l e s c r i p t 中初步实现 w h i t e 9 5 】 g e n e m lm a g i c 9 7 】。近几年来，随着整个计算环境的变 化，移动a g c n t 的研究受到了广泛的关注。国际上许多公司、大学和研究机构都先后开 始从事这一领域的研究工作，构建了一些支持移动a g e n t 的系统环境，如 a g e n t t c l 【r o b e n 9 5 】 g r a y 9 6 】，a r a 【p e i n e 9 7 a p e i n e 9 7 b ，t a c o m a 【j o h a f i s e n 9 5 】，m o l e ! 里型堂堕堡主堂堡堡塞二整垫! 竖坐茎堡茎查竺篓 f s t r a b e r 9 7 】 b a u m 枷9 8 以及a g l e t s 【i b m 9 6 】等。但大多数系统还处于原型阶段，移动a g e n t 技术还存在着许多不足和局限性 啊p a t h i 0 1 】【k o t z 9 9 。 ( 1 ) 移动a g e n t 的执行效率 在通常的分布应用中，移动a g e n t 技术并不能带来效率上的好处，只有在高延迟、 低带宽、连接不可靠的移动计算或中间数据传输量非常大的情况下，移动a g e n t 技术才 表现出效率上的优势【p u l i a 丘t 0 9 9 。出于平台无关性和安全性的考虑，移动a g e n t 系统基 本采用解释型语言，和编译型语言相比，它无疑要慢很多。而且移动a g e n t 运行时要执 行与资源控制、安全有关的操作，额外增加了运行负担。另外，移动a g e n t 的迁移也非 常费时 r d b e n 9 7 】。因此必须寻求相应的解决之道，提高移动a g e n t 的运行速度。 ( 2 ) 移动a g e n t 的迁移 目前大多数基于j a v a 的移动a g e m 系统只支持移动a g e n t 弱迁移。而弱迁移需要程 序员有意识地保留和恢复移动a g e n t 的数据状态，从而增加了程序员的负担，特别是在 多线程运行方式下问题更严重。移动a g e n t 强迁移可以减轻程序员的负担，对系统的容 错和负载平衡具有重要意义，但它实现起来较复杂。另外，大多数系统在移动a g e n t 的 迁移过程中不接收消息，而是迁移以前关闭消息通道，在迁移成功后再打开。 ( 3 ) 移动a g 蛐t 的代码迁移 在移动a g e n t 进行代码迁移时，有些系统采用全传送方式 l a 眦n c e 9 8 sa _ t y a n a r a y a n a n 9 7 ，另外一些系统采用请求传送方式 李霖9 7 【h y a c i n t l l 9 6 】。显然，由于 移动a g e n t 在某个位置执行时，可能并不需要引用所有代码，因此采用代码全传送方式会 加重网络传输负担和增加对工作节点存储空间的占用。虽然代码请求传送方式可以减轻 网络传输负担和减少对工作节点存储空间的占用，但它过分依赖对网络的可靠连接。 ( 4 ) 移动a g 明t 的命名 有些系统中的移动a g e n t 名字包含它的当前位置信息，那么当移动a g e n 赶移时，它的 名字也需要变化，这使得对移动a g e n t 的管理非常麻烦。另外一些系统中的移动a g e n t 名 字虽然与它的当前位置无关，但对移动a g e n t 进行位置追踪时也存在问题。如，在m 0 1 e 中采用前指链方法对移动a g e n t 进行位置追踪。每当移动a g e n t 迁移后，都在原位置留下 一个指向迁移目标的f o 刑a r d e r ，多个f o n a r d e r 形成了一个前指链。这种方法的系统资 源开销较大。而且，前指链中任何一个指针丢失都将导致移动a g e n t 的丢失。 ( 5 ) 移动n g 哪t 的交互 目前只有少数移动a g e n t 系统支持基于元组空间( t u p l es p a c e ) 的移动a g e n t 交互 c a b r i 9 8 】。实际上，这种交互方式最适合移动a g e n t 环境，它完全实现了移动a g e n t 之间 的匿名和异步交互。但它还缺乏灵活性，需要进步完善。 ( 6 ) 移动a g e n t 系统的容错 一些移动a g e n t 系统实现了检错和容错功能 s 蛔b e r 9 9 ，但容错机制使系统的时空开 销增加了许多。 ( 7 ) 移动a g 衄t 的控制 4 除了m 0 1 e 外，很少有系统实现了对移动a g e n t 的控制，包括寻找移动a g e n i ，孤儿 a g e n t 检测及终止孤儿a g e n t 的运行。但移动a g e n t 的控制机制无论对系统还是对用户都 是必不可少的。 ( 8 ) 移动a g e n t 的智能性 移动a 盛e n t 的许多优点是建立在其自治性基础上，因而需要研究如何增强移动a g e n t 的智能性，如移动a g e n t 的协商和协作能力。 ( 9 ) 移动a g 蛐t 的安全性 安全性是移动a g e n t 系统中最重要也是最复杂的问题之一，因为它把传统的大型分 布计算安全问题和多用户操作系统的安全问题集中到一起。现已实现的移动a g e n t 系统 都没有实现完整的安全框架，只是部分地解决问题。移动a g e n t 系统的安全问题仍有大 量的工作要做。 移动a g e n t 的标准化 国际标准化组织提出的移动a g e m 的m a s i f ( m o b i l ea g e n ts y s t e mi n t e r o p e m b i l i t y f a c i l i 妫标准，仅解决了跨系统的移动a g e m 通信和管理问题，但这是不够的。要实现 i n t e m e t 上的信息检索或电子商务，移动a g e n t 必须在第三方的服务器上运行，因此移动 a g e n t 的标准化应向跨系统运行方向努力。 另外，由于上述技术性问题的存在，使人们还不能很快地、很广泛地接收移动a g e n t 技术。因为，一方面人们已经对c s 模型非常熟悉，已有的应用大多是在c s 模型下实 现的，要改用一种新的方法来实现，需要克服思想上的惰性。另一方面对移动a g e n t 的 性能并没有完整的大规模的测试和评价，人们对它所能带来的好处仍表示怀疑。 为了解决移动a g e n t 的上述诸多不足之处，本文对移动a g e n t 的关键技术进行了较深 入的研究，包括移动a g e n t 模型、移动a g e n t 系统的体系结构、移动a g e n 的代码迁移方 法、移动a g e n t 的强迁移技术，移动a g e n t 之间的交互，移动a g e n t 的控制、移动a g e n t 系统的可靠性等。 1 3 本文的主要工作 本文的主要工作及成果包括： ( 1 ) 提出了综合应用固定代码源、请求传送和移动代码源、全传送的柔性移动a g e n t 代码 迁移方法 在移动a g e n t 迁移过程中，可能需要进行代码迁移。当a g e n t 进行远程创建时，如果目 标系统不存在所需的代码，也需要进行代码迁移。因此，代码迁移是移动a g e n t 系统必须 具备的功能。本文提出了一种综合应用固定代码源、请求传送方式和移动代码源、全传 送方式的柔性移动a g e n t 代码迁移方法，它较之目前大多数系统中采用的单一代码源、单 一代码传送方式的方法具有更高的灵活性和适应性。 ( 2 ) 实现了通过转换源程序代码来捕获、保存和恢复j a v a 线程执行状态的方法 与弱迁移不同，移动a g e n t 强迁移提供了透明的a g e n t 执行状态捕获和恢复机制，减 宝里型堂堕壁圭兰竺堕兰= = 壁塑! 堡竺茎堡苎釜堡壅一 轻了程序员的负担，而且移动a g e n t 强迁移在很多场合是必不可少的。但目前大多数基 于j a v a 的移动a g e n t 系统都只实现了弱迁移。为了支持基于j a v a 的移动a g e n t 强迁移， 本文实现了一种不用修改j a v a 虚拟机，通过转换源程序代码来捕获、保存和恢复j a v a 线程执行状态的方法。与通过修改j a v a 虚拟机捕获和恢复j a v a 线程执行状态的方法相 比，它具有较好的通用性，但执行效率较低。 ( 3 ) 提出了移动a g e n t 影子和追踪设施a g e n t l n r a c e r 相结合的移动a g e n t 位置追踪方法 移动a g e n t 位置追踪是实现移动9 a g e n t 直接交互和移动a g e n t 控制机制的基础。在位 置追踪机制中需要考虑两个问题：其一是当移动a g e n t 位置改变时，如何让其它a g e n t 知道这一变化：其二是当移动a g e n t 迁移时，如何处理正在发送给该a g e n t 的消息。本 文提出的用追踪设施a g e n t l h c e r 和移动a g e n t 影子相结合的位置追踪方法克服了目前一 些位置追踪方法的缺点，具有实现简单、速度较快、灵活性较大、单点失败影响小、可 靠性高等优点。并且，在追踪机制中利用a g e n t 消息代理作为该移动a g e n t 消息缓存和 转发的部件，充分发挥消息代理的邮箱功能。由于在整个移动a g e n t 生命周期中，都有 一个a g e n t 消息代理负责接收消息，因此不会出现消息的丢失问题。 “) 将经典元组空闯扩展为智舱元组空间( i t s ) 并以此支持基于共享空间的移动a g e n t 交互 本文构建的移动a g e n t 环境不仅支持移动a g e n t 的直接交互方式而且支持移动a g e n t 基于智能元组空间的交互方式。与其它共享空间的移动a g e n t 交互方式相比，基于元组 空间的交互更适合移动a g e n t 交互的时间不确定性和空间不确定性的特点。我们将经典 元组空间扩展为智能元组空间，它不仅保持了经典元组空间的所有优点，而且具有反应 力和自学习能力，更好地支持移动a g e n t 之间的协作以及移动a g e n t 对系统资源的使用。 提出了一种高效的基于阶段节点成环形拓扑的移动a g e n t 容错方法 可靠性是移动a g e n t 系统必备的功能。一旦用户提出任务要求，不管系统中发生什 么故障，执行该任务的移动a g e m 都应该能运行到底并给出最终结果。有些移动a g e n t 系统沿用了传统分布式系统中的方法，由客户端监督与它相关的移动a g e n t 运行情况。 一旦发现移动a g e n t 运行失败，它就在另外的服务器端重新申请服务。其实这种方法在 移动a g e n t 系统中很难实现。由于移动a g e m 的自治性，系统中的任何一个计算机节点 都不能监督移动a g e n t 的整个执行过程。本文首先提出了移动a g e n t 系统的容错方法， 然后简化该方法的实现，让阶段节点构成环形拓扑结构，形成一种高效的移动a g e n t 容 错机制。 ( 6 ) 将能量概念应用到本文提出的移动a g e t 位置追踪方法中，提出了一种高效的移动 a g e n t 控制机制 移动a g e n t 控制机制实现了以下功能：在移动a g e m 位黄追踪机制支持下寻找某个移 动a g e n t ，检测它是否是孤儿a g e n t 。如果是，则终止其运行，将其所占有的资源归还给 系统。本文将能量概念应用到移动a g e n t 影子与a g e n t t r a c e r 相结合的移动a g c n t 位置追 踪方法中，形成了一种高效的移动a g c n t 控制机制。与目前实现的基于路径的移动a 窘e n t 6 兰= 兰! ! 丝 控制机制相比，它具有通信量很小、避免恶意a g e n t 的长期存在和无限繁殖、容错能力 强等优点。 1 4 本文的组织 本文将围绕移动a g e n t 模型、移动a g e n t 系统结构框架以及移动a g e n t 研究中的一些 关键技术展开论述，全文共分九章： 第一章，介绍移动a g e n t 研究的意义，说明移动a g e n t 关键技术研究的背景及主要工 作，最后介绍本文的组织。 第二章，对a g e m 和移动a g e n t 进行综述，通过分析几个移动a g e n t 系统，归纳出一 般的移动a g e n t 模型，最后将移动a g e n t 技术与相关技术做简单比较。 第三章第七章分别探讨了移动a g e n t 研究中的几个关键技术。 第三章，提出移动a g e m 系统的体系结构框架，并介绍其中各部件的主要功能。 第四章，阐明了本文提出的移动a g e n t 的代码迁移方法和状态迁移方法。 第五章，首先提出一种移动a g e n t 位置追踪方法，然后论述了移动a g e n t 的直接 交互过程和基于i t s 的移动a g e n t 间接交互过程。 第六章，详细阐述了本文提出的移动a g e n t 容错机制。 第七章，对本文提出的移动a g e n t 控制机制做了详尽描述。 第八章，初步实现了基于上述关键技术的移动a g e n t 应用实例。 第九章，总结了己取得的研究成果，并提出了下一步的工作内容。 主堕型兰堕堕主兰垡堡奎二二堡型兰壁竺茎堡垫查堡签一 第二章移动a g e n t 概念和模型 许多研究人员把移动a g e n t 定义为：它是一个程序，它可以在异构网络中从一台机 器迁移到另一台机器，这种程序可以选择何时迁移以及迁移的目的地【r o b e n 9 7 f w h i t e 9 5 】。其实，程序在多台机器之间迁移仅刻画了移动a g e n t 的迁移侧面，并未说明 它的整体计算方式。移动a g e n t 模型涵盖的内容是多方面的，包括它的生命周期、交互、 迁移等。 本章首先简单介绍几个典型的移动a g e n t 系统，使我们能在不同的实现方法中找出 它们的共性，进而构建一个具有普遍性的移动a g e n t 模型，以此作为我们研究的基础。 然后从生命周期、交互、迁移等方面综合定义移动a g e m 模型。由于移动a g e n t 以a g e m 为基础，因此先简要地介绍a g e m 的一般定义、特性以及基本分类等问题。 2 1a g e n t 与移动a g e n t 2 1 1a g e n t 的定义、特性及分类 a g e n t 的概念可以追溯到7 0 年代分布式人工智能( d i s 砸b u t e da i ，d a i ) 的研究。 c a r lh e w m 在并发a c t o r 模型中使用了a g e n t 概念 h e w m 7 7 ，后来”a g e m ”这一术语就被 广泛使用。虽然a g e n t 研究工作已经进行了2 0 多年，但由于a g e n t 内涵极其丰富，因此 依然没有一个公认的定义。m i t 媒体实验室的p a n i em a e s 认为 m a e s 9 4 ：自主的a g e n t 是指处于某种复杂动态环境中，自治地感知环境中信息，自主采取行动，并实现一系列 预先设定的目标或任务的计算系统。i b m 智能a g e n t 策略白皮书中称 f r a i l l ( 1 i n 9 6 】：智能 a 2 e n t 是代表用户或另一个程序执行一套操作的软件实体，它们有某种程度的独立性或 自主性，并拥有用户目标或愿望的某些知识或表示。英国著名a g e n t 理论研究者w j 0 1 d r i g e 提出关于a g e n t 的弱定义和强定义概念 c h i n 9 1 】。可以看出，a g e n t 一词涵盖的范围很广。 如果要给它下一个定义的话，可以认为a g e m 是一个软件或硬件计算实体，它能够代表 用户的利益而自主地完成用户交给的任务。这种定义是开放的，不同的研究人员根据应 用的不同，可以加入自己对a g e n t 的理解。 由于a g e n t 的定义不统一，因此，对于a g e n t 的特性说法也就各异。一般认为a g e m 的特性包括 w 0 0 1 埘d g e 9 5 ：自主性、社交能力、反应能力、主动能力、持续性、学习 能力、移动性及协商能力等。不同的a g e m 以不同的形式和程度具有上述特性 史忠植9 8 】。 其实，人们没有必要建造一个能全部体现上述特性的a g e n t 或a g e n t 系统。他们往往是 从应用的实际需要出发开发包含以上几个属性的a g e n t 。 正如h y a c i n t l ls n 所说：a g e n t 是一个元术语( m e t a t e n l l ) ，它覆盖了许多特殊的 a g e n t 类型【h y a c i n t l l 9 6 。根据研究方向和侧重点的不同，a g e n t 有不同的分类。比如， 可按智能程度对a g e n t 分类【陆汝铃o o 】，可根据a g e n t 的行为模型对其进行分类 墨三翌堡型塑! 竺塑查塑竖型一 w o o l d r i d g e 9 5 】 h a d d a d i 9 5 【李保健9 9 】，还可以从应用角度对a g e n t 分类【h y a c i n t h 9 6 】f 史 忠植9 8 】。如果从a g e n t 与系统资源的关系角度出发，a g e n t 可分成局部a g e h t 、网络a g e n t 和移动a g e n t 三类【e t z i o n i 9 4 。 2 1 2 移动a g e n t 思想的形成与发展 通过网络传输可执行程序的思想可以追溯到i n t e m e t 初期，当时人们开发解码一编码 语言( d e c o d e e n c o d e l a i l g u a g e ，d e l ) 支持程序在远程控制台上运行【r u l i f s o n 6 9 】。后来， 在无线通信领域也使用这种思想，在s o f t n e t 项目中使用消息外推( f o r t h m e s s a g e s ) 方式来支持数据传输和程序的重运行【z a n d e r 8 5 。8 0 年代初期，远程过程调用( r p c ) 产生并逐渐流行起来【b i r r e l l 8 4 】，进而成为目前c s 模式下的主流通信方式。之后又提出 移动对象( m o b i l eo b j e c t ) 概念，即将程序代码和相关数据封装在对象中，对象可在网络 节点间迁移。e m e r a l d 【j u l 8 8 1 是最早支持移动对象的系统，不过它局限于同质局部网络。 在上述成果基础上，