移动计算技术.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date移动计算技术移动计算技术移动计算技术 移动计算指网络中在一个节点开始的计算可移动到其他节点继续执行的技术，方法主要是基于代码移动计算技术。其关键技术包括语义模型定义， 以及支持代码移动语言的移动性、安全性和对象代码信任等。Mobile Agent 是其主要应用领域。它的逻辑层包括网络传递层、服务层、接口层、语言解释层等5 层。基于Mobile Agent 的WWW 服务系统， 其资源访问在同一系统进程间通信， 不影响原有资源服务， 可保持与传统的WWW 系统兼容。其信息搜寻包括Agent 初始化， 根据路由策略将信息转移到Server A 或到下一个Server B。若网络阻塞， 则可将信息暂驻在网络中的Desk 服务器， 以此实现信息的转移和下载。移动计算技术是分布式计算领域重要的技术之一。随着计算机网络Internet 技术以及移动设备的进一步发展，在军事和经济中越来越重要。国际学术界对移动计算问题十分重视， 召开多次相关国际学术会议和论坛，象ECOOP，MA，W3C/OMG等。应用传统技术和方法，在大规模分布环境下（如Internet 等）开发分布应用有较多不便，不能提供可配置、可扩展和可定制的特性。由于移动计算技术的理论和方法学研究严重滞后， 造成理解、评定和比较已有的移动系统相当困难。利用代码移动技术， 一定程度上可解决网络传输带宽有限的情况下， 传统计算技术难以解决无用大信息流量问题。其核心技术是通过程序代码网络上的移动， 使其驻留到要访问的信息源节点， 并在该处执行该代码， 进行信息处理， 甚至将结果回传至原请求节点， 从而减少了网络流量负载， 改善了响应时间。这种技术可应用于移动计算设备中， 有着广阔应用前景。移动计算指“网络中在一个节点开始的计算可移动到其它节点继续执行”的方法， 即扩充传统实现模型到网络程序设计中。一个计算通常是“ 代码+上下文（Content）”，即一个运行过程的运行描述涉及数据、状态、活动的网络连接、重建机构、动态绑定（ Binding）。移动计算涉及代码移动， 数据移动， 控制移动和LINK 移动等， 不象RPC 仅涉及不同体系结构计算机间的数据移动、控制移动和LINK 移动等， 移动计算主要基于代码移动。代码移动计算研究如何简便、灵 活、有 效地动态改变代码片断和要执行场所间的绑定机理及代码移动语义模型； 研究支持代码移动程序设计语言的可移植性、安全性（机密性、完整性、可用性和真实性）、有效性、可配置性、可扩展性和可定制性，并进行必要的Trade-off。其关键问题是如何构造支持可配置、可扩展和可定制的代码移动计算。其技术难点在于如何回答以下问题：（1）移动计算的语义模型 。（2）计算在何处发生。对任何移动计算模型，程序员或用户必须要有多位置的思想，以控制程序有效移动计算，计算通信的花费以及资源应用等。（3）程序员移动观。目前可移动计算采用传统技术， 如Distributed Objects 、Closures、Threads、Continuations、Agents、Actors、HTTP等来实现，这些传统技术各自有其产生的背景和历史以及限制， 不能很好胜任支持移动计算追求的目标。（4）安全处理问题。移动计算的主要障碍是安全问题， 对代码移动计算尤其如此。正确检查安全的重点是考虑静态检查和动态检查语法、语义和安全逻辑等问题。下面以移动性 、安全性 、对象码信任等特征进行分析：（1）移动性。程序设计语言中移动性分两类。一是弱移动性，即语言允许一个结点的一个执行单元被动态绑定到正在来自另一个结点的代码片段； 二是强移动性， 即语言允许多执行单元在不同结点间移动代码和执行状态。Java、Caml、Limbo、Tcl、Facile 属于弱移动性（ 代码被下载和执行）。Obliq、Telescript 属于强移动性（ 多进程能够被编程去迁移）。（2）安全性 。Java 利用可信任库去检查范围规则。Limbo 利用文档的资源。Caml 利用安全库。Obliq 利用语言构造机构。Saft-Tcl 利用受限的功能。（3）对象码的信任。Limbo 和Caml 利用可信任的权威密码术。Java 利用对象码验证技术。Mobile Agent 是移动计算技术一个重要的应用领域， 尽管它的提出和发展时间都较短，却受到了许多研究机构的重视。特别是跨平台语言Java 的出现，使得Mobile Agent 技术的研究有了较大的进展， 并且已研制成功一些实验性的系统，如Dartmouth 学院的Agent TCL 系统、东芝公司的Plangent 系统、IBM 公司的Aglet 系统、General Magic 公司的Odyssey 系统、Mitsubishi Electric 公司的Concordia 等。例如在Agent TCL 系统中， 已经实现了Agent的自主移动、智能化路由、服务器资源访问、Dock 服务器的转接等Mobile Agent 系统的代表性功能；General Magic 公司的Odyssey 系统已经作为商业软件进入了市场， 运行在Sony、Motorola、AT&T 等公司的PDA 产品中， 并取得了较好的效果。Aglet 是上述实验系统中最为成功和全面的系统， 主要表现在：（1）在不改变 Java VM 和编程代码前提下，提供了一个简单、全面的Mobile Agent 编程模型；（2）为Agent 间提供了动态和强大的通信机制；（3）构造了一个可扩展和重用的代码体（提供了一套完整的Mobile Agent 编程类库）；（4）Aglet 的体系结构保持了与现有信息服务体系的兼容；（5）提 供 了 一 套 详 细 且 易 用 的 安 全 机 制 。Mobile Agent 系统由服务请求端创建的用户Agent 和服务器端的AgentHost（也被称为Agent Environment 或Agent Infrastructure）两部分组成。Agent Host 是Mobile Agent 赖以生存的服务环境，它为每个Agent 建立运行环境和服务接口，并利用Agent 传输协议（ATP，Agent Transfer Protocol） 实现Agent 在网络主机间的移动。Agent Host 一般由5 个逻辑层组成：（1）网络传送层：与现有网络通信协议的接口，Agent Host 通过NTP 与同服务器资源或其他服务器的Agent Host 进行通信。Agent 的传递和接收也是在NTP 层完成的。（2）服务层：为 Agent 建立运行环境和安全保护机制， 协调和监视各Agent 的运行。（3）接口层：为Agent 同宿主机、其他Agent之间的通信提供了底层的界面。（4）语言解释层：Mobile Agent 一般都是由跨平台语言（ 如Java、TeleScript 等）实现的，Agent Host 接收到一个新Agent 后，建立相应的Agent 语言解释器， Agent 在解释器的支撑下工作。在Agent Host 中可以存在多个语言解释器，用以解释由不同语言实现的Agent。（5）Agent 应用层：Agent 在以上各层的支持下完成各自的任务。这一层可以包含多个Agent，既可以有其他主机传送来的动态Agent，也可以有Agent Host 本身的静态服务Agent。Mobile Agent 是用户任务的完成体， 它在Agent Host 所提供的运行环境中执行，通过ACL（Agent Communication Language）相互通信或访问主机提供的服务。比如基于Mobile Agent技术的WWW 服务系统，由Agent 用户、Agent宿主系统、Web 服务系统、Agent 转接系统4 部分组成。Agent Host 和Mobile Agent 取代了以往的Server 和Client。Agent 用户需要搜寻信息时， 用户系统自动创建搜寻Mobile Agent，并根据用户的需求转移到相应的宿主系统， 通过Agent Host 访问Web 服务器资源。通常宿主系统和资源服务系统在同一台服务器中，Agent 对资源的访问只是同一系统中进程之间的通信，而不需经过网络的传送。由于Agent Host 是资源服务器上的Mobile Agent 支撑环境， 不影响原有的资源服务， 因此系统仍然能够提供传统的Web 服务， 保持了与传统WWW 系统的兼容。Agent Dock 服务器是为了适应低可靠性网络和解决网络拥塞而设置的Agent 转接系统，能够向Agent 提供驻留服务。利用Mobile Agent进行信息搜寻的工作流程如下：STEP1 Agent User 在进行信息搜寻前， 先对创建的Agent 进行状态、知识库、约束条件等的初始化；将代表用户兴趣目标的特征矢量和匹配尺度写入Agent 的知识库， 并设置返回时间、站点停留时间、任务完成度、搜寻范围等约束。STEP2 Agent 初始化后，根据路由策略首先将自身转移到Server A。STEP3 Agent 到达Server A 后，通过AgentHost A 的Interface 访问Server A 的资源并进行识别。假设采用TFIDF 算法识别， 先计算出各文档的特征矢量， 然后计算与目标矢量的相似度， 将符合要求的文档发送回用户， 或记录到Agent 的结果数据区。STEP4 Server A 搜寻完毕后， Agent 根据路由策略、约束条件、网络状态和服务器负载等条件决定下一步的行为（ 假设需要转移到Server B）。STEP5 Agent 保存相应的历史记录和当前状态后阻塞自身的工作， 向Agent Host B 发出转移请求， 得到准许应答后开始向Server B 复制，复制完成后向Agent Host A 发送清除请求，进入休眠态。STEP6 Agent 在Agent Host B 中恢复断点状态， 进入执行状态， 继续进行信息的搜寻。STEP7 任务完成或到达返回时间， Agent将返回用户端。返回前先判别网络的连通性，如果网络是连通的， 而且用户AH 已经启动， 那么Agent 可以直接返回。如果网络存在故障、或负载太重、或用户没有启动Agent Host，那么Agent可以暂时驻留在网络中的Dock 服务器上。Agent转移到Dock 服务器后， 服务器根据网络和自身的负载情况将Agent 的部分或全部从内存卸载到硬盘上，并替代Agent 监视其目的节点，一旦具备传送条件， 就会激活Agent， 使其传送到目的节点。STEP8到达用户节点后，Agent 将搜寻结果提交给用户， 并将自身全部卸载，结束任务周期。 结合以上讨论，下列问题还需进一步研究：（1）支持代码移动的语言和安全方面的形式处理技术和理论， 包括语言语义、形式语句和实现方法以及特性的验证。（2）代码移动语言和操作系统的集成，包括形式模型、自动和交互证明技术。（3）安全处理策略：在通信级，建立完善的能抵抗恶意攻击和自身缺陷的协议，采用密码术保证机密性、安全性和真实性； 在操作系统级，硬件存储保护机制，信息和通信管道的存取控制（如：资源限制）。（4）Mobile Agent 系统的标准化问题， 系统的标准化是其广泛应用的前提条件。（5）知识表示问题 ：知识表示定义了Agent 之间、Agent 与服务器之间的需求传递和需求表示， 这方面的最大成果就是KQML（知识查询与操作语言：Knowledge Query and Manipulation Language）。KQML 既是一种消息传递格式， 又是消息处理协议， 支持Agent间的知识共享， 但将复杂的KQML 在Agent 上实现还有很大的困难。（6）在系统的各节点上自由迁移是 Mobile Agent系统的特色，但这一类似网络病毒的特点也给系统带来了很大的安全隐患。任何一个小小的安全漏洞都会给Agent 协同系统带来意想不到的后果， 必须好好处理。-