移动Ag e n t系统中的排队机制研究.pdf
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1、第 2 8卷第 1 1 期 2 0 0 5年 1 1 月 计 算 机 学 报 CHI NES E J OURNAL OF C OM P UTERS Vo 1 2 8 No 1 1 NO V2 005 移动 A g e n t 系统 中的排队机制研究 杨公平 曾广周 卢朝霞 (山东大学计算机科学与技术学院济南2 5 0 0 6 1)摘要针对现有的移动 Ag e n t 系统缺乏排 队机制的课题,定 义 了 Ag e n t 排 队系统 的概 念,然后分 别给 出 了单 工 作节点和复合工作节点的排队模型,讨论 了其 中的排 队规则、服务 规则 和 A g e n t 派遣机 制等关键技 术 实验
2、和分 析 表明,引入排队机制可 以明显改善 Ag e n t 和工作 节点 的运行质量 关键词移动 A g e n t 系统;排 队机 制;排队模型;动态优先 队列;模 型实验 中图法分 类号TP 3 0 1 Ab s t r a c t S t u d y o n t h e Qu e u i n g Me c h a n i s m o f Mo b i l e A g e n t S y s t e m YANG Gon g Pi n g (S c h o o l o f C o mp u t e r S c i e n c e&ZENG Gu a ng Zh ou LU Zha o-X
3、i a Te c h n o l o gy,Sh a n do n g Un i v e r s i t y,J i n a n 2 5 0 0 6 1)The c u r r e nt mob i l e Age n t s y s t e ms a r e l a c k o f q ue ui n g m e c ha n i s m I f a l a r g e nu m b e r of Ag e n t s mi g r a t e t o on e wo r k n o de wi t hi n a s h or t pe r i o d o f t i me,t he a v
4、 e r a ge e x e c u t i v e t i me f o r e a c h Age n t wo ul d b e muc h l o nge r du e t o t he c o mpe t i t i o n f o r t he l i mi t e d r e s ou r c e s I n t hi s p ap e r,t he a ut ho r i nt r o du c e s t h e q ue u i n g c on c e pt i on i nt o m ob i l e Age n t s ys t e ms t o s ol v e
5、t h i s p r obl e m Two q ue u i ng mod e l s a r e c r e a t e d f o r c o r r e s p o nd i ng t wo di f f e r e nt t yp e s o f wor k n o de s we n t b y t h e n a me o f s o l e wo r k-n o d e a n d c o mp o u n d wo r k n o d e Fo r e a c h mo d e l,a s e t o f d e t a i l e d q u e u i n g r u
6、l e s,s e r v i c e r u l e s a n d t h e Ag e n t d i s p a t c h i n g me c h a n i s m a r e d e f i n e d Au t h o r s c h o o s e P N m 。qu e u i ng mo de l t o i m p l e me n t qu e u i ng me c ha n i s m i n s ol e wor k n od e,a nd us e d yn a m i c pr i o r i t y qu e u e t o ma na g e wa i
7、 t i ng Age nt s Comp oun d wo r k n o de i s ma de up o f a l o t o f s o l e wo r k no de s,whe n a Age n t mi gr a t e d t o o ne c o m p o un d wo r k-no de,i t wou l d be d i s pa t c he d t o o ne s o l e wor k n od e a c c or di ng t o t he t a s k t yp e whi c h wi l l be e x e c u t e dThe
8、e f f e c t i ve ne s s o f t h e q ue u i n g me c ha n i s m i S e v i d e n t i n t h a t i t c a n a l l e v i a t e t h e l o a d o f wo r k n o d e s wh i c h a r e i l l u s t r a t e d wi t h t h e e x-p e r i me n t r e s ul t s a t t he e n d o f t hi s p a pe r Ke y wo r d s mob i l e Age
9、 n t s y s t e m;q ue ui n g m e c h a ni s m;q ue u i n g mo de l;dy na mi c pr i o r i t y q ue u e;mo de l e xp e r i m e n t 引 目 排队是 日常生活和工作中常见的现象,排队问 题 由两方面构成:一方有需求,要求得到服务,要求 服务的人或设备称为顾客;另一方要设法满足对方 的要求给予服务,服务人员或服务机构称为服务员 或服务台;顾客与服务台构成一个排队系统 顾客渊 源而来,受许多因素 的影响,顾客到达服务 台的时刻 是随机的,服务 台也受许多因素的影响,服务完一个
10、 收稿 日期;2 0 0 3 1 2-2 6;修改 稿收 到 日期:2 0 0 5 0 6 0 7 本课 题得到 国家 自然 科学基 金(6 0 4 7 3 1 2 3)、山东 省科 学技术 发展 计划项 目基 金(0 3 1 1 1 0 1 2 3)资助 杨公平,男,1 9 7 0年生,博士研 究生,副教授,主要 研究方 向为智能 计算 E ma i l;g p y a n gs d u e d u c n 曾广周,男,1 9 4 7年生,教授,博士生导师,主要研究领域包括 C S CW、智能计算、移动计算及 其应用技术 卢朝 霞,女,1 9 7 4年 生,博士研究 生,主要研 究方向为工作
11、 流管理 维普资讯 http:/ 计 算 机 学 报 顾客的时间长短也是随机的 因此,在任一时刻要求 服务的顾客数超过服务台的服务容量时,顾客就必 须排队等待,直到服务台出现空闲时才得到服务,服 务完后 离 开 在移动 Ag e n t 系统 中,Ag e n t为完成创建者 赋 予的任务要在其它工作节点之间进行迁移 从 角色 上划分,移动 Ag e n t 系统主要 由移动 Ag e n t 本体和 Ag e n t 服务设施即 Ag e n t服务器组 成,每个 工作 节 点的 Ag e n t服务器对迁移来 的 Ag e n t 进行安全 认 证,为 Ag e n t 分配和提供所需 的
12、资源及 服务,控 制 Ag e n t 的运行 由于工作节点所 能够提供的资源和 服务 总是有 限 的,因此,当 多 个 Ag e n t 在 同一 时 间 段内迁入工作节点 时,Ag e n t服务器应该引入排 队 机制,以便对 Ag e n t的资源竞 争做 出限制,防止过 多 Ag e n t 的并发运行影响工作节点的服务质量 F I PA(F o u n d a t i o n f o r I n t e l l i g e n t P h y s i c a l Ag e n t s)从不同方面详细规定或建议 了 A g e n t 在体系结构、通信、移动、知识表达、管理和安 全等
13、内容,对 Ag e n t 在运 行 方 面 的调 度 策 略 未 做 规 定;现 有 的移 动 Ag e n t 系统如 a g l e t 1 、a j a n t a 引、c o n c o r d i a 。均 采用 这样的调度策略:对迁移过来 的 Ag e n t 做必要 的安 全认证后,即让其投入运行,资源和服务方面的调度 和管理工作交由操作 系统承担 缺乏排 队机制 的移 动 Ag e n t 系统其缺点是明显的:如果 在同一时间段 内有过多的 Ag e n t 迁移到 同一个工作节点,则拥挤 和资源竞争必定会 引起该工作节点运行负载过重,致使在该工作节点 上运行 的各 Ag e
14、 n t 任务完 成时 间延长,甚或影响到系统的稳定性和可靠性 针对上述问题,本文把排队机制引入移动Ag e n t 系统,在下面的第 2节 给出了移动 Ag e n t 排 队系统 的概念;第 3节把工作 节点划分为单工作节点和复 合工作节点,论 述 了复合工作 节点 的结 构和功能;第 4节和第 5 节分别给出了基于两类工作节点的排 队模型,讨论了其 中的排队规则、服务规则、队列管 理、复合 工作节点 结构、Ag e n t派遣机制 等关键 技 术;第 6节给出了模型实验与分析;结合正在进行的 基于移动计算范型 的协 同产品商务平 台研究,本 文 最后指出了移动 Ag e n t 排队机制
15、 中进一步的工作 2 移动 A g e n t 排 队系统 的概念模型 结合排 队论思想,一个移动 Ag e n t 排队系统可 抽象为 Ag e n t 到达 A g e n t服务器后,Ag e n t服务器 根据 当前 资源状 况 和服务需求情 况决 策该 Ag e n t 能否满足运行条件 若满足,便立 即让其运行,否则 让 其等待,服务完后 Ag e n t离开工作节点 因此可 以用图 1 来表示一个移动 A g e n t 排队系统 Ag e n t N 图 1 Ag e n t 排 队 系统 模 型 图 定义 1 移动 Ag e n t 排 队系统 MAQ S是一个 四元组(I
16、M,Q M,S M,O M),其中,I M 是迁入机构 它 主要 负责移动 Ag e n t的迁 入管理,对到达 的 Ag e n t进行安全 认证,认证 完毕 提交给排 队机构处理;Q M 是排队机构 它对 到达 的移动 Ag e n t 按排 队规 则进 行排 队;S M 是服务机构 主要是指服务台、服务规则和 服务方式等;O M 是迁出机构 它主要负责移动 Ag e n t 的迁 出管 理 对于 Ag e n t 排队系统来讲,移动 Ag e n t 到达工 作节点的过程称之为输入过程,可以用如下定义来 描述输入过程 定义 2 输 入过 程 I P 是 一个 三元 组(AN,AAS,AT
17、 C),其 中,AN为到达排 队系统的移动 Ag e n t 数量;A AS为移动A g e n t 到达排队系统的方式,A AS=1表示成批到达,AAS=0表示单个到达;AT C为相继到达排 队系统 的移动 Ag e n t 之 间 的间隔时间分布,即输入分布 A()定义 3 S M 是 一 个 六 元 组(S R,S T,S S,S AT,S T C,S AI),其中,S R为服务规则 用来描述 Ag e n t 服务 器 如何 从排队队列 中选取 Ag e n t 投入运行;服务规则主要 有先到先 服 务(F C F S)、短 进 程 线 程 优 先(S P F S TF)服务、有优 先
18、权 的服务(P S)等;S T为服务 台集 合 S T一 S ,S。,S。,S ),其 中 S (1-i-O);El e mSe t:一(Age nti d,Pr i o r i t y);优先关系 R一(1,q l q H,q ED,q P r i o r i t y q Pr i o r i t y,一2,3,);基本操作 C r e a t e():创建一个空 的优先 队列;I s E mp t y():如果 队列为 空,则返 回 t r u e;否则返 回 f a l s e;Ad d(q):向队列 中添加元 素 q;Tak eo u t(q):从 队列 中取 出具有最大 优先权 的
19、元素;Ad j u s t(i d,p s):调整标识 为 的 A g e n t 的优先 数为 p s;)A g e n t 服务器启动后,首先调用 C r e a t e()创建 一个空的优先队列;当 Ag e n t 通过迁入机构 的安全 认证后,排 队机构计算该 Ag e n t的优先数,然 后调 用 Ad d(q)把该 Ag e n t 插入到优先队列;若有 Ag e n t 迁出造成某个服务台空 闲,服务机构 的调度模块则 调用 T a k e o u t(q)选择具有最高优先权的 Ag e n t 投 入运 行 优先级的确定可参考 以下 因素:(1)Ag e n t任务的紧迫 程
20、度(初 始优先数)由 Ag e n t 的创建者在创建 时为其赋予一个 紧迫值(紧 迫值在整个系统 中具有全局可 比性)Ag e n t 迁移到 达某个工作节点后,Ag e n t的创建者还可 以通过与 该工作节点的协商更改紧迫值 (2)Ag e n t 的资源和服务 占用程度 Ag e n t 迁移 到达某个工作节点后,该节点 的排 队机构可以根据 自己的资源情况 和优先策略为其设置一个优先数,例如所需资源少、任务简单 的 Ag e n t 优先运行等 (3)Ag e n t 的等待时间 为保证调度 的公平性,随着 Ag e n t 等待时间的延长,其优先级应该能动态 增长,以便保证每个处于
21、等待状态的 Ag e n t 总有被 选 择运 行 的机 会 动态优先 队列的特性不仅体现在 Ad d(q)操作 时要通过计算优先数而确定 Ag e n t 的插入位置,而 且体现在 Ad j u s t(i d,p s)操作上,排队机构可 以根 据上述因素进行动态的优先权调整 描述动态优先队列最简单的方法是采用无序线 性表,A d d(q)操作的时间复杂度为0(1),T a k e _ o u t(q)和Ad j u s t(i d,p s)操作的时间复杂度均为0()另一 种 比较高效的描述方法是 采用最大堆(ma x h e a p),由于堆对应一棵完全二叉树,拥有 n个元素的堆其 高度为
22、 l o g 2(+1)_ 6 ,因此 Ad d(q),T a k e o u t(q)和 Ad j u s t(i d,p s)操作的时间复杂度为 0(1 o g 2 )5 复合工作节点 的 Ag e n t 排 队模型 对于复合工作节点(图 2),移动 Ag e n t 既可以 在停靠站服务器上排 队,也可 以在各工作机上分别 排 队 如果在停靠站服务器上排 队,那么服务器排队 机制仍然可以使用 P N m c 模 型,每 台工作机相 当于一个服务 台,此时需要 解决的主要 问题是如何 探测工作机空 闲状态的出现并且依据工作机 的空闲 状 态 适 时进行 Ag e n t 派遣 如 果 以
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