網格環境下智能代理技術的應用研究

摘要：最近幾年，有關“網格”的話題越來越熱，有關網格的研究也越來越多。可以說傳統的因特網實現了計算機硬件的連通，Web實現了網頁的連通，而網格試圖實現互聯網上所有資源的全面連通。隨著網格技術的不斷完善和發展。網格應用的推廣逐漸被提到日程上來。智能代理在網絡中的成功應用為我們帶來了非常寶貴的經驗，如何利用好這項成熟的技術，拓展服務職能、提高服務質量，是網格研究人員研究網格應用的一個新的方向。文章著眼于網格發展的現狀，介紹了網格的相關知識與智能代理技術，最后探討了兩種不同的網格智能代理應用的理念。

關鍵詞：網格；智能代理；服務；網格調度

0 引言

隨著現代信息化技術的不斷推進，網絡技術有了一定程度的提高，但各種服務器之間因缺乏有效的聯系而形成實際上的“資源孤島”，眾多有用的信息資源被封存于存儲設備里面而無法實現資源的有效共享與交流。實現各種資源的有效共享，解除“資源孤島”現象，成為了新一代網絡建設的出發點。

出現資源孤島現象，其原因在于沒有統一的發布平臺，缺乏統一的技術標準。本文將利用被稱之為繼Internet、Web(World Wide Web，WWW)技術之后的“第三代互聯網技術”的網格技術與智能代理來實現資源的有效共享，并為網絡用戶提供方便而高效的服務。

1 網格

1．1 網格的概念

網格(Grid)是一種新技術，也是一種新思想。“網格”這一術語的思想源于日常生活中公共設施的應用，伊恩·福斯特出版的著作中最早將它稱之為“網格”。

網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，網格的精確定義和內容還沒有固定，而是在不斷變化。學術機構和科研組織研究或使用“網格計算”已有一段時間，但是企業使用網格計算并從中獲益才剛開始，網格需要標準協議、支持技術、工具庫和產品才能逐步產業化。網格技術從提出到現在已有十多年時間，與網格相關的技術也日益完善，但至今仍沒有—個確切的概念來定義網格。

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

(1)在非集中控制的環境下協同使用資源；

(2)使用標準的、開放的和通用的協議和接口；

(3)提供非平凡的服務。

網格是一個集成的計算和資源環境，網格能夠提供資源共享，實現應用層面的連通。網格技術利用現有的網絡基礎設施、協議規范、Web和數據庫技術，將孤島信息轉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，創建一種架構在OS和Web之上的基于Internet的新一代網絡信息平臺。而網格用戶看到的網格是一個單一的大規模虛擬信息庫，不需要對數據在網格內的位置和數據組織付出額外的關注。

1．2 網格的本質和特點

作為新一代網絡計算與應用技術，網格的本質不是它的規模，而是充分利用互連網絡中的軟硬件資源，支持廣域環境上的計算、數據、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。

網格的目標是將地理上分布的、系統上異構的多種計算資源通過高速網絡連接起來，協同解決大型應用問題，進行廣域信息資源的分布共享，最終把整個因特網構成一臺超級虛擬計算機。網格需要為用戶提供統一的編程與應用接口，屏蔽硬件邊界、進程通信和同步的復雜性，為用戶提供單一的虛擬機器。

網格的特點：應用成本低；資源有很強的分布性；資源具有較大的異構性；沒有形成公認的協議標準；網絡資源具有自治性、動態性和擴展性。

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，因為系統有了通過網絡延伸并獲得任何所需計算資源的能力。

1．3 網格的發展歷程與體系結構

網格是應用需求的產物，它起源于分布式高性能計算，后來經歷了異構計算、元計算到網格計算三個階段。目前，網格研究主要集中在資源共享和協同計算上。網格的基本模式是將地理上分布、異構的計算和存儲資源以及昂貴的儀器設備通過高速網絡連接起來，形成網絡。這樣，網絡不僅支持科學計算，而且綜合了對科學計算、信息服務、事務處理、信息交流等種種業務的支持，既解決計算密集型的重大挑戰性的問題，同時構成電子商務、數字政府、遠程教育、遠程醫療、數字圖書館等新型應用的基礎。在未來20年，計算網格將像電力、煤氣、自來水等網絡一樣成為人類社會的基礎性設施，人們能夠方便地獲得計算能力、數據處理能力以及寶貴的數據和信息。

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

網格體系結構并不是一成不變的，它隨著網格技術的不斷發展和成熟，經歷了從五層沙漏結構到開放網格服務體系結構(OGSA)再到Web服務資源框架的三個發展階段。

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境中采取復雜自治行為的計算機系統。從應用角度看，智能代理就是能自動執行用戶委托任務的計算實體。換句話說，智能Agent是代替人去完成某種特定任務，是作為人的代理身份出現的。代理通常由軟件構成，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，自發地行動。

智能代理技術是分布式人工智能領域的一項內容，其目的是為了減輕人們工作的負擔，提高工作效率。通常智能代理是指在特定運行環境下，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(Delegation)代理執行用戶授權任務。

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

自主權(Autonomy)代理運行中無外來的直接干預。

監控(Monitoring)為了自主地執行任務，代理需要監測它的執行環境。

激勵(Actuation)代理需要能通過一種激勵機制來影響其自主執行環境。

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

3 面向網格服務的智能代理技術

2006年6月，網格研究的先行者——美國阿因國家實驗室的Ian Foster等人結合Web Service技術提出了開放網格服務體系結構(OGSA——Open Grid Service Architecture)。在OGSA中一切都是服務，計算資源、存儲資源、網絡、程序、數據庫等都用服務來表達，網格技術的共享特性在OGSA中表現為服務的共享。從資源到服務，各種各樣的廣義資源統一表達，十分有利于靈活、一致、動態的共享機制的實現，使得網格環境中的分布系統管理有了標準的接口和行為。

在網格環境中引入智能代理技術的主要目標就是為了更好地為網格用戶提供方便快捷的服務，準確及時地為網格用戶提供所需的資源，滿足用戶的需求。

網格環境下的智能代理技術的應用主要分為兩部分：一是單一的網格智能代理服務器；二是網格環境下的多智能代理技術。

3．1 單一網格智能代理

網格智能代理不同于網絡環境下的代理服務器，網格智能代理主要的工作是為網格用戶尋找最優的可用資源，從而把用戶提交的請求交給那個可用的資源來完成，而這個過程對于網格用戶來說是完成透明的。

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

網格智能代理在進行任務調度時，依據平衡策略和由環境監測所傳送來的信息，接受、分析信息和決定網格服務與其任務的調節行動。由于智能代理是網格環境中的關鍵實體，所以對智能代理采用了冗余機制以應付單點失敗情況。也就是說，網格智能代理由主代理和從代理組成，在網格環境中運行時，只有其中一個來具體負責任務的調度，而另一個僅與主代理保持關聯，隨時準備轉換為主代理以應對原主代理的失敗。一旦主代理失敗(如其中某接口“拋錨”)，從代理馬上被觸發，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，最后主代理關閉虛擬接口，并把主控權交給從代理。主、從代理間共享一個公共信息庫，以保證網格環境中的資源同步。

3．2 網格環境下的多智能代理技術

網格環境下單一的智能代理技術適用的范圍較小，適合于一般小型的局域網格——如校園網格、社區網格、企業網格等。在地理位置分布較廣的大型網格中，單一的智能代理技術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。

網格環境下的多智能代理技術，在整個網絡環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格用戶服務，當一個網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格用戶提供服務。如果在本地的智能代理中可以找到合適的資源為網格用戶服務，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格用戶服務，以確保網格服務的高效率。

4 結束語

本文從網格的基本理念出發，介紹了當前網格發展的相關知識，并闡述了智能代理技術，詳細介紹了在網格環境下智能代理技術的應用。由于網格技術還處在不斷的發展過程中，將智能代理技術無縫地融入網格技術還需要不斷地進行深入研究。相信利用智能代理在網絡中應用的成功經驗，一定會使網格智能代理為網格用戶提供更加便利的服務。