網(wǎng)格環(huán)境下智能代理技術(shù)的應(yīng)用研究

摘要：最近幾年，有關(guān)“網(wǎng)格”的話題越來越熱，有關(guān)網(wǎng)格的研究也越來越多。可以說傳統(tǒng)的因特網(wǎng)實現(xiàn)了計算機硬件的連通，Web實現(xiàn)了網(wǎng)頁的連通，而網(wǎng)格試圖實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面連通。隨著網(wǎng)格技術(shù)的不斷完善和發(fā)展。網(wǎng)格應(yīng)用的推廣逐漸被提到日程上來。智能代理在網(wǎng)絡(luò)中的成功應(yīng)用為我們帶來了非常寶貴的經(jīng)驗，如何利用好這項成熟的技術(shù)，拓展服務(wù)職能、提高服務(wù)質(zhì)量，是網(wǎng)格研究人員研究網(wǎng)格應(yīng)用的一個新的方向。文章著眼于網(wǎng)格發(fā)展的現(xiàn)狀，介紹了網(wǎng)格的相關(guān)知識與智能代理技術(shù)，最后探討了兩種不同的網(wǎng)格智能代理應(yīng)用的理念。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格；智能代理；服務(wù)；網(wǎng)格調(diào)度

0 引言

隨著現(xiàn)代信息化技術(shù)的不斷推進，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有了一定程度的提高，但各種服務(wù)器之間因缺乏有效的聯(lián)系而形成實際上的“資源孤島”，眾多有用的信息資源被封存于存儲設(shè)備里面而無法實現(xiàn)資源的有效共享與交流。實現(xiàn)各種資源的有效共享，解除“資源孤島”現(xiàn)象，成為了新一代網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的出發(fā)點。

出現(xiàn)資源孤島現(xiàn)象，其原因在于沒有統(tǒng)一的發(fā)布平臺，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文將利用被稱之為繼Internet、Web(World Wide Web，WWW)技術(shù)之后的“第三代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)”的網(wǎng)格技術(shù)與智能代理來實現(xiàn)資源的有效共享，并為網(wǎng)絡(luò)用戶提供方便而高效的服務(wù)。

1 網(wǎng)格

1．1 網(wǎng)格的概念

網(wǎng)格(Grid)是一種新技術(shù)，也是一種新思想?！熬W(wǎng)格”這一術(shù)語的思想源于日常生活中公共設(shè)施的應(yīng)用，伊恩·福斯特出版的著作中最早將它稱之為“網(wǎng)格”。

網(wǎng)格所具有的特征主要有兩方面：其一，不同群體使用不同的名詞來稱謂它；其二，網(wǎng)格的精確定義和內(nèi)容還沒有固定，而是在不斷變化。學(xué)術(shù)機構(gòu)和科研組織研究或使用“網(wǎng)格計算”已有一段時間，但是企業(yè)使用網(wǎng)格計算并從中獲益才剛開始，網(wǎng)格需要標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議、支持技術(shù)、工具庫和產(chǎn)品才能逐步產(chǎn)業(yè)化。網(wǎng)格技術(shù)從提出到現(xiàn)在已有十多年時間，與網(wǎng)格相關(guān)的技術(shù)也日益完善，但至今仍沒有—個確切的概念來定義網(wǎng)格。

由于網(wǎng)格處于動態(tài)發(fā)展的過程中，所以目前還沒有一個被普遍接受的定義。網(wǎng)格計算研究的先導(dǎo)Ian Foster給網(wǎng)格下的定義是：網(wǎng)格計算是動態(tài)多機構(gòu)虛擬組織中的一個協(xié)調(diào)的共享資源和解決問題的過程。Ian Foster認為網(wǎng)格必須同時滿足以下三個條件：

(1)在非集中控制的環(huán)境下協(xié)同使用資源；

(2)使用標(biāo)準(zhǔn)的、開放的和通用的協(xié)議和接口；

(3)提供非平凡的服務(wù)。

網(wǎng)格是一個集成的計算和資源環(huán)境，網(wǎng)格能夠提供資源共享，實現(xiàn)應(yīng)用層面的連通。網(wǎng)格技術(shù)利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、協(xié)議規(guī)范、Web和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，將孤島信息轉(zhuǎn)換成一種隨處可得的、可靠的信息資源，為用戶提供一體化的智能信息平臺，創(chuàng)建一種架構(gòu)在OS和Web之上的基于Internet的新一代網(wǎng)絡(luò)信息平臺。而網(wǎng)格用戶看到的網(wǎng)格是一個單一的大規(guī)模虛擬信息庫，不需要對數(shù)據(jù)在網(wǎng)格內(nèi)的位置和數(shù)據(jù)組織付出額外的關(guān)注。

1．2 網(wǎng)格的本質(zhì)和特點

作為新一代網(wǎng)絡(luò)計算與應(yīng)用技術(shù)，網(wǎng)格的本質(zhì)不是它的規(guī)模，而是充分利用互連網(wǎng)絡(luò)中的軟硬件資源，支持廣域環(huán)境上的計算、數(shù)據(jù)、存儲、信息和知識資源的共享、互通與互用，消除資源孤島，以較低的成本獲得高性能。

網(wǎng)格的目標(biāo)是將地理上分布的、系統(tǒng)上異構(gòu)的多種計算資源通過高速網(wǎng)絡(luò)連接起來，協(xié)同解決大型應(yīng)用問題，進行廣域信息資源的分布共享，最終把整個因特網(wǎng)構(gòu)成一臺超級虛擬計算機。網(wǎng)格需要為用戶提供統(tǒng)一的編程與應(yīng)用接口，屏蔽硬件邊界、進程通信和同步的復(fù)雜性，為用戶提供單一的虛擬機器。

網(wǎng)格的特點：應(yīng)用成本低；資源有很強的分布性；資源具有較大的異構(gòu)性；沒有形成公認的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；網(wǎng)絡(luò)資源具有自治性、動態(tài)性和擴展性。

最終，除了一臺擺在桌面上的計算機外，用戶將覺察不到對其他計算機資源的使用，因為系統(tǒng)有了通過網(wǎng)絡(luò)延伸并獲得任何所需計算資源的能力。

1．3 網(wǎng)格的發(fā)展歷程與體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)格是應(yīng)用需求的產(chǎn)物，它起源于分布式高性能計算，后來經(jīng)歷了異構(gòu)計算、元計算到網(wǎng)格計算三個階段。目前，網(wǎng)格研究主要集中在資源共享和協(xié)同計算上。網(wǎng)格的基本模式是將地理上分布、異構(gòu)的計算和存儲資源以及昂貴的儀器設(shè)備通過高速網(wǎng)絡(luò)連接起來，形成網(wǎng)絡(luò)。這樣，網(wǎng)絡(luò)不僅支持科學(xué)計算，而且綜合了對科學(xué)計算、信息服務(wù)、事務(wù)處理、信息交流等種種業(yè)務(wù)的支持，既解決計算密集型的重大挑戰(zhàn)性的問題，同時構(gòu)成電子商務(wù)、數(shù)字政府、遠程教育、遠程醫(yī)療、數(shù)字圖書館等新型應(yīng)用的基礎(chǔ)。在未來20年，計算網(wǎng)格將像電力、煤氣、自來水等網(wǎng)絡(luò)一樣成為人類社會的基礎(chǔ)性設(shè)施，人們能夠方便地獲得計算能力、數(shù)據(jù)處理能力以及寶貴的數(shù)據(jù)和信息。

網(wǎng)格是一個整體的概念，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)是網(wǎng)格系統(tǒng)的骨架，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)的作用在一定程度上就是對網(wǎng)格的解剖。一般說來，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)給出了網(wǎng)格的基本組成和功能，描述了網(wǎng)格各個組成部分的關(guān)系以及他們繼承的方式或方法，刻畫了支持網(wǎng)格有效運轉(zhuǎn)的機制。

網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)并不是一成不變的，它隨著網(wǎng)格技術(shù)的不斷發(fā)展和成熟，經(jīng)歷了從五層沙漏結(jié)構(gòu)到開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)(OGSA)再到Web服務(wù)資源框架的三個發(fā)展階段。

2 智能代理概述

著名Agent理論研究者Wooldrtdge博士認為：智能代理是一個能在特定環(huán)境中采取復(fù)雜自治行為的計算機系統(tǒng)。從應(yīng)用角度看，智能代理就是能自動執(zhí)行用戶委托任務(wù)的計算實體。換句話說，智能Agent是代替人去完成某種特定任務(wù)，是作為人的代理身份出現(xiàn)的。代理通常由軟件構(gòu)成，它與過去等待人的命令而動作的軟件不同，它可以自己決定實施何種行為，自發(fā)地行動。

智能代理技術(shù)是分布式人工智能領(lǐng)域的一項內(nèi)容，其目的是為了減輕人們工作的負擔(dān)，提高工作效率。通常智能代理是指在特定運行環(huán)境下，能夠自主運行的實體。它的根本特性就是代表某人或者某事物行事。

一個典型的智能代理一般具有以下特征：

授權(quán)(Delegation)代理執(zhí)行用戶授權(quán)任務(wù)。

通訊技能(Communication Skill)代理通過一種代理通訊語言與用戶交互，以接收任務(wù)授權(quán)指令，通知用戶任務(wù)的狀態(tài)和完成情況。

自主權(quán)(Autonomy)代理運行中無外來的直接干預(yù)。

監(jiān)控(Monitoring)為了自主地執(zhí)行任務(wù)，代理需要監(jiān)測它的執(zhí)行環(huán)境。

激勵(Actuation)代理需要能通過一種激勵機制來影響其自主執(zhí)行環(huán)境。

智能性(Intelligence)代理需要能解釋被檢測到的事件，以便為其自主執(zhí)行做出合適的正確決策。

3 面向網(wǎng)格服務(wù)的智能代理技術(shù)

2006年6月，網(wǎng)格研究的先行者——美國阿因國家實驗室的Ian Foster等人結(jié)合Web Service技術(shù)提出了開放網(wǎng)格服務(wù)體系結(jié)構(gòu)(OGSA——Open Grid Service Architecture)。在OGSA中一切都是服務(wù)，計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)、程序、數(shù)據(jù)庫等都用服務(wù)來表達，網(wǎng)格技術(shù)的共享特性在OGSA中表現(xiàn)為服務(wù)的共享。從資源到服務(wù)，各種各樣的廣義資源統(tǒng)一表達，十分有利于靈活、一致、動態(tài)的共享機制的實現(xiàn)，使得網(wǎng)格環(huán)境中的分布系統(tǒng)管理有了標(biāo)準(zhǔn)的接口和行為。

在網(wǎng)格環(huán)境中引入智能代理技術(shù)的主要目標(biāo)就是為了更好地為網(wǎng)格用戶提供方便快捷的服務(wù)，準(zhǔn)確及時地為網(wǎng)格用戶提供所需的資源，滿足用戶的需求。

網(wǎng)格環(huán)境下的智能代理技術(shù)的應(yīng)用主要分為兩部分：一是單一的網(wǎng)格智能代理服務(wù)器；二是網(wǎng)格環(huán)境下的多智能代理技術(shù)。

3．1 單一網(wǎng)格智能代理

網(wǎng)格智能代理不同于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的代理服務(wù)器，網(wǎng)格智能代理主要的工作是為網(wǎng)格用戶尋找最優(yōu)的可用資源，從而把用戶提交的請求交給那個可用的資源來完成，而這個過程對于網(wǎng)格用戶來說是完成透明的。

網(wǎng)格智能代理的一個具體任務(wù)的執(zhí)行過程如下：①網(wǎng)格節(jié)點提交一個包含參數(shù)的任務(wù)給網(wǎng)絡(luò)資源代理服務(wù)器，這些參數(shù)包括需要的計算量、存儲量和完成任務(wù)截止時間等。②網(wǎng)絡(luò)資源代理查詢信息服務(wù)器有哪些資源可用，信息服務(wù)器列出一張可用資源表。如果沒有可用資源，網(wǎng)絡(luò)資源代理通知網(wǎng)格節(jié)點無資源可用。如果有資源可用，網(wǎng)絡(luò)資源代理為用戶選擇合適的資源，并把任務(wù)通過其內(nèi)部的任務(wù)管理模塊交給資源提供者。③網(wǎng)絡(luò)資源提供者完成任務(wù)并把結(jié)果提交給其內(nèi)部的任務(wù)管理模塊，網(wǎng)絡(luò)資源代理最后把結(jié)果交給用戶，任務(wù)完成。

網(wǎng)格智能代理在進行任務(wù)調(diào)度時，依據(jù)平衡策略和由環(huán)境監(jiān)測所傳送來的信息，接受、分析信息和決定網(wǎng)格服務(wù)與其任務(wù)的調(diào)節(jié)行動。由于智能代理是網(wǎng)格環(huán)境中的關(guān)鍵實體，所以對智能代理采用了冗余機制以應(yīng)付單點失敗情況。也就是說，網(wǎng)格智能代理由主代理和從代理組成，在網(wǎng)格環(huán)境中運行時，只有其中一個來具體負責(zé)任務(wù)的調(diào)度，而另一個僅與主代理保持關(guān)聯(lián)，隨時準(zhǔn)備轉(zhuǎn)換為主代理以應(yīng)對原主代理的失敗。一旦主代理失敗(如其中某接口“拋錨”)，從代理馬上被觸發(fā)，并立即檢測和確認這一失敗，然后嘗試與主代理通信或者向信息庫請求信息，最后主代理關(guān)閉虛擬接口，并把主控權(quán)交給從代理。主、從代理間共享一個公共信息庫，以保證網(wǎng)格環(huán)境中的資源同步。

3．2 網(wǎng)格環(huán)境下的多智能代理技術(shù)

網(wǎng)格環(huán)境下單一的智能代理技術(shù)適用的范圍較小，適合于一般小型的局域網(wǎng)格——如校園網(wǎng)格、社區(qū)網(wǎng)格、企業(yè)網(wǎng)格等。在地理位置分布較廣的大型網(wǎng)格中，單一的智能代理技術(shù)就會明顯地顯出其局限性。為了克服單一的智能代理的局限性，引入了多智能代理技術(shù)。

網(wǎng)格環(huán)境下的多智能代理技術(shù)，在整個網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在多個智能代理，每個代理除了具有單一智能代理的功能以外，還通過其特定的網(wǎng)格接口與其它的代理進行通信。為了保證各個代理高效地為網(wǎng)格用戶服務(wù)，當(dāng)一個網(wǎng)格用戶提出的請求在本地的智能代理中無法找到合適的資源時，本地的智能代理會通過一定的消息傳輸機制，將請求發(fā)至其余遠程的智能代理，在這些智能代理中尋找合適的資源為網(wǎng)格用戶提供服務(wù)。如果在本地的智能代理中可以找到合適的資源為網(wǎng)格用戶服務(wù)，那么本地的智能代理將不會請求其余的智能代理為本地的網(wǎng)格用戶服務(wù)，以確保網(wǎng)格服務(wù)的高效率。

4 結(jié)束語

本文從網(wǎng)格的基本理念出發(fā)，介紹了當(dāng)前網(wǎng)格發(fā)展的相關(guān)知識，并闡述了智能代理技術(shù)，詳細介紹了在網(wǎng)格環(huán)境下智能代理技術(shù)的應(yīng)用。由于網(wǎng)格技術(shù)還處在不斷的發(fā)展過程中，將智能代理技術(shù)無縫地融入網(wǎng)格技術(shù)還需要不斷地進行深入研究。相信利用智能代理在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的成功經(jīng)驗，一定會使網(wǎng)格智能代理為網(wǎng)格用戶提供更加便利的服務(wù)。