Дипломная работа студента 545 группы




Скачать 365.87 Kb.
Дата24.08.2016
Размер365.87 Kb.


Санкт-Петербургский государственный университет

Математико-механический факультет

Кафедра системного программирования

«Мультиагентные платформы и их применение в сетевых задачах»

Дипломная работа студента 545 группы

Вольфсона Г.И.

Научный руководитель,

профессор А.Н. Терехов


Рецензент,

доктор наук М.Б. Ярошевская


«Допустить к защите»

Заведующий кафедрой,

профессор А.Н. Терехов

Санкт-Петербург

2007 г.

Содержание

Стр.


  1. Введение______________________________________ 3

  2. Исследование предметной области________________ 5

2.1. Агенты. Основные понятия___________________ 5

2.2. Интеллектуальные агенты____________________ 7

2.3. Понятие мультагентной системы_______________8

2.4. Технологии создания мультиагентной системы__10

2.5. Обзор существующих методов________________11

3. Разработка мультиагентной системы______________12 3.1. Выбор мультиагентной платформы____________12 3.2. Особенности платформы JASDK_____________ 14

3.3. API-интерфейсы аглетов_____________________16

3.4. Реализация мобильности аглетов______________18

4. Реализация прототипов_________________________21

4.1. Простейший агент__________________________21

5. Область применения___________________________23

6. Заключение__________________________________25

7. Список литературы____________________________26

Приложение 1__________________________________27

Приложение 2__________________________________28

1. Введение


За последние 10 лет развитие телекоммуникационных технологий привело к возникновению концепций кросс-платформенных, распределенных и интеллектуальных программных систем. Такие системы могут быть реализованы разными способами, но именно мультиагентные системы (МАС) концентрируют все необходимые для таких технологий свойства с наибольшей выразительностью и полнотой. Результаты внедрения агентных технологий подтвердили предсказанную этому направлению перспективность [1].
Технология и теория агентов продолжают развиваться в рамках исследовательских и коммерческих проектов. Особое внимание уделяется интеграции методов искусственного интеллекта, которые до настоящего времени находили применение преимущественно в исследовательских работах, в реальные коммерческие приложения (персональные помощники, обработчики почты, программы для электронной коммерции, компьютерные игры, системы управления и контроля сложными процессами в медицине, промышленности, системы для поиска и обработки информации).

Концепция агентов, разработанная в рамках мультиагентных технологий и МАС, предполагает наличие активности, то есть способности программы самостоятельно реагировать на внешние события и выбирать соответствующие действия. Сегодня агентные технологии предлагают различные типы агентов, модели их поведения и свойства, семейство архитектур и библиотеки компонентов, ориентированные на современные требования, такие, например, как распределенность, автономность и др.


В настоящее время агенты используются в различных научных областях. С помощью агентных технологий крайне эффективно решаются, например, как задача поиска информации, так и задача создания искусственного собеседника.
В последнее время все более актуальными становятся задачи, связанные с управлением сетевым трафиком в крупных сетях. Сети используются практически всеми разветвленными структурами, как управленческими, так и коммерческими.
В связи с этим растет спрос на обслуживание подобных сетей. Крайне важно уметь оперативно собирать и обрабатывать большие потоки информации внутри сети. Наиболее важными в данном контексте являются задачи мониторинга (сбора и обработки информации) и диспетчеризации (выработки управляющих решений и их реализации). С решением этих задач сталкивается любая компания, создающая свою систему обслуживания некоторой сети.
Целью настоящей дипломной работы была реализация агентного подхода к вышеуказанной проблеме дистанционного управления сетевым трафиком.

Задачами настоящей работы были:




  • Исследование предметной области

    • Обзор и анализ технологий агентного программирования

    • Рассмотрение и анализ существующих методов достижения поставленной цели

  • Выбор мультиагентной платформы

    • Выработка критериев выбора мультиагентной платформы

    • Анализ и оценка наиболее известных мультиагентных платформ по выработанным критериям

    • Осуществление выбора платформы, в наибольшей степени удовлетворяющей целям настоящей работы

  • Разработка прототипов

    • Разработка интеллектуального агента

    • Разработка мобильного агента

  • Применение в коммерческой задаче

Данная работа обладает научной новизной, так как агентный подход к решению задач дистанционного управления сетевым трафиком применяется впервые.


Практическое значение настоящей работы состоит в возможности ее применения в различных проектах, связанных с мониторингом и диспетчеризацией сетей.
Данная работа, выполненная на 33 страницах, состоит из введения, 4 глав, заключения и двух приложений.

2. Исследование предметной области




    1. Агенты. Основные понятия.

Практически во всех работах, где дается определение, что такое агент и каковы его базисные свойства, общим местом стало замечание об отсутствии единого мнения по этому поводу. Фактически, используя понятие “агент”, каждый автор определяет своего агента с конкретным набором свойств. Понятие агента используется в разных областях, например, на производстве агентом может называться робот, а в области телекоммуникаций - программа и т. п. Как следствие, в зависимости от среды обитания агенты обладают разными свойствами. Поэтому в процессе разработки и реализации систем в рамках данного направления появилось множество типов агентов, например: автономные агенты, мобильные агенты, персональные ассистенты, интеллектуальные агенты, социальные агенты и т.д. [2]


Таким образом, вместо единственного определения базового агента, имеется множество определений производных типов. Учитывая вышесказанное, понятие агента целесообразно трактовать как мета-имя или класс, который включает множество подклассов [Nwana, 1996]. Ряд определений агентов, данных разными исследователями, представлен в работе [Franklin, Graesser, 1996]. Можно остановиться на следующей нейтральной концепции:



Агент - это аппаратная или программная сущность, способная действовать в интересах достижения целей, поставленных пользователем [2].

Агенты описываются также рядом свойств, которые характеризуют понятие агента. Обычно агент обладает набором из следующих свойств [3]:



  • адаптивность: агент обладает способностью обучаться

  • автономность: агент работает как самостоятельная программа, ставя себе цели и выполняя действия для достижения этих целей

  • коллаборативность: агент может взаимодействовать с другими агентами несколькими способами, например, играя роль поставщика/потребителя информации или одновременно обе эти роли.

  • способность к рассуждениям: агенты могут обладать частичными знаниями или механизмами вывода, например, знаниями, как приводить данные из различных источников к одному виду. Агенты могут специализироваться на конкретной предметной области.

  • коммуникативность: агенты могут общаться с другими агентами

  • мобильность: способность к передачи кода агента с одного сервера на другой

Свойства агента (объекта) описываются исходной системой, а правила поведения – порождающей системой.
Состояние объекта определяется перечнем его свойств с текущими значениями.
Как правило, каждый агент (модуль) работает с определенной метафорой, определяющей функции и особенности исполнителя (человека). Идея каждой метафоры – это инструментальная система (прототип), отражающая схему взаимодействия между исполнителями в данной ситуации [3].

Агенты бывают простые, смышленые и интеллектуальные. Интеллектуальные агенты отличаются от первых двух типов тем, что они способны обучаться, а также поддерживают real-time исполнения.


В дальнейшем мы будем рассматривать только интеллектуальных агентов.

Для них необходимо не только наличие целей функционирования, но и возможность использования достаточно сложных знаний о среде, партнерах и о себе.




    1. Интеллектуальные агенты. Назначение и свойства.

Под интеллектуальным агентом в информатике и искусственном интеллекте

понимаются любые физические или виртуальные единицы, способные, по крайней мере, поддерживать взаимодействие с окружающим миром, получая от него информацию, и, реагируя на нее своими действиями, проявлять собственную инициативу, посылать и получать сообщения от других агентов и вступать с ними во взаимодействие, действовать без вмешательства извне, в том числе и без вмешательства человека.
Интеллектуальные агенты, обладая развитым внутренним представлением

внешней среды и возможностями рассуждений, способны запоминать и анализировать различные ситуации, предвидеть возможные реакции на свои действия, делать из этого выводы, полезные для дальнейших действий, и в результате прогнозировать свое будущее и изменения внешней среды. Интеллектуальные способности позволяют таким агентам строить виртуальные миры, работая в которых, они формируют планы действий.


Интеллектуальный агент должен обладать следующими свойствами [4]:
автономность – способность функционировать без вмешательства со стороны своего владельца и осуществлять контроль внутреннего состояния и своих действий;

социальное поведение – возможность взаимодействия и коммуникации с

другими агентами;

реактивность – адекватное восприятие среды и соответствующие реакции

на ее изменения;

активностьспособность генерировать цели и действовать рациональным

образом для их достижения;

базовые знания – знания агента о себе, окружающей среде, включая других агентов, которые не меняются в рамках жизненного цикла агента;

убеждения – переменная часть базовых знаний, которые могут меняться во

времени, хотя агент может об этом не знать и продолжать их использовать для своих целей;

цели – совокупность состояний, на достижение которых направлено текущее поведение агента;

желания – состояния и/или ситуации, достижение которых для агента важно;

обязательства – задачи, которые берет на себя агент по просьбе и/или поручению других агентов;

намерения – то, что агент должен делать в силу своих обязательств и/или

желаний.
Иногда в этот же перечень добавляются и такие свойства, как рациональность, правдивость, благожелательность, а также мобильность, хотя последнее характерно не только для интеллектуальных агентов.



    1. Понятие мультиагентной системы. Архитектуры МАС.

Мультиагентная система (далее – МАС) – есть совокупность нескольких агентов.


В зависимости от концепции, выбранной для организации MAC, обычно выделяются три базовых класса архитектур [1]:
• архитектуры, которые базируются на принципах и методах работы со знаниями;

• архитектуры, основанные на поведенческих моделях типа «стимул-

реакция»;

• гибридные архитектуры.

Архитектуры MAC и их характеристики, широко используемые в настоящее

время, представлены в таблице [5]:


Архитектуры MAC и их характеристики

Архитектура

Представление знаний

Модель мира

Решатель

Интеллектуальная

Символьное

Исчисление

Логический

Реактивная

Автоматное

Граф

Автомат

Гибридная

Смешанное

Гибридная

Машина вывода

Организация MAC на принципах искусственного интеллекта имеет преимущества с точки зрения удобства использования методов и средств символьного представления знаний, разработанных в рамках искусственного интеллекта. Но в то же время создание точной и полной модели представления мира, процессов и механизмов рассуждения в нем представляют здесь существенные трудности.


Гибридные архитектуры позволяют гибко комбинировать возможности всех

подходов. Вот почему в последнее время явно прослеживается тенденция разработки

и использования именно гибридных МАС-архитектур и систем агентов.
При исследовании сложных систем с использованием технологии МАС реализуются следующие фундаментальные идеи:
1. Агенты. В сложных системах существуют автономные агенты, которые взаимодействуют друг с другом при выполнении своих определенных задач.

2. Агенты изменяют свое поведение на основе полученной информации и реагируют на свою среду.

3. Структура сложных систем формируется в результате взаимодействия между агентами. Результаты функционирования возникающей структуры могут быть как положительными, так и отрицательными, в силу чего их необходимо анализировать при разработке системы на базе агентов.

4. Системы с возникающими структурами часто существуют на грани порядка и хаоса. Для них характерно промежуточное состояние между упорядоченным состоянием и хаосом.

5. При создании систем на базе агентов необходимо учитывать их паразитизм, симбиоз, репродукцию, генетику, естественный отбор, т.е. подходы, которые сложились у природы при решении комбинаторных задач.

Агенты могут работать как неинтерактивные особи или как коллектив. В первом случае система очень проста: агенты делают то, о чем их просят. Для получения результата большего, чем сумма работ, выполняемых индивидуально отдельными агентами, необходимо их взаимодействие.


При взаимодействии агентов создаются логически связанные структуры. В данном случае реализуются следующие свойства [5]:

1. В возникающих структурах агенты организуются в целое, которое больше, чем просто сумма составляющих.

2. Простые правила могут генерировать логически связанное новое явление.

3. При проектировании систем на базе агентов для слабопрогнозируемых ситуаций наиболее применим подход снизу вверх, а не традиционный подход сверху вниз. Такой подход объясняется тем, что большинство систем возникают из популяции более простых систем.

4. Устойчивые возникающие структуры могут стать компонентами более сложных возникающих структур и приводят к иерархии возникающих структур и их масштабируемости.

5. Агенты и их взаимодействующие структуры могут формировать двунаправленную связь, т.е. взаимное влияние структуры на агентов.

6. Явление возникновения – это, как правило, устойчивые связи с меняющимися компонентами.

7. Множество агентов могут быть гомогенными или гетерогенными. Большинство систем создается на основе гетерогенности, используя действие различных видов агентов.


В настоящее время многоагентные системы рассматриваются уже не только

как принципиально новая информационная технология, сформированная на базе слияния информационных и телекоммуникационных технологий, но и как новая парадигма программирования, в какой-то мере альтернативная объектно-ориентированному программированию.





    1. Технологии создания МАС.

Для построения MAC необходим инструментарий, состоящий из двух компонентов:


• средств разработки;

• окружения периода исполнения.


Первый компонент ориентирован на поддержку процессов анализа предметной области, создаваемой MAC и проектирование агентов с заданным поведением. Второй – обеспечивает эффективную среду для выполнения агентно-ориентированных программ.

Разработка мультиагентных систем идет по двум основным направлениям: системы на основе распределенного искусственного интеллекта и системы на основе сценариев [6].


Мультиагентные системы на основе распределенного искусственного интеллекта строятся на базе систем, основанных на правилах, и рассуждениях на основе прецедентов. В них каждый агент рассматривается как система (нераспределенная), основанная на знаниях с добавлением компонентов, обеспечивающих безопасность, мобильность, качество обслуживания, взаимодействие с другими агентами, сетевыми ресурсами и пользователями. Данные MAC характеризуются скоординированным интеллектуальным поведением в сообществе интеллектуальных агентов. MAC на основе распределенного искусственного интеллекта рассматриваются как наиболее многообещающие MAC.

Исследования в этом направлении в настоящее время идут по пути интенсивных теоретических исследований и прикладных разработок [4].


Мультиагентные системы на основе сценариев ориентированы на использование в больших компьютерных сетях с большим разнообразием представляемого сервиса. Агенты данного класса систем разрабатываются с помощью языков сценариев, таких как Tсl, Java Language и др. Эти языки ориентированы на реализацию асинхронного процесса и удаленное исполнение приложений, инициируемых электронной почтой. Разрабатываемые здесь технологии должны поддерживать мобильность агента. Нужно отметить, что MAC на основе сценариев рассматриваются как основной подход для реализации мобильной телекоммуникации через компьютерные сети общего пользования с помощью переносных компьютеров [7].
По сути дела мультиагентные системы можно рассматривать как совокупность взаимосвязанных программных модулей (агентов), являющихся фрагментами знаний, доступных другим агентам. Это, можно сказать, некие «программные роботы», удовлетворяющие различным информационным и вычислительным потребностям конечных пользователей. Они координируют свои знания, цели, умения и планы при решении проблем. Таким образом, можно рассматривать MAC как некие программно-исполнительные устройства.
Данная работа призвана исследовать основные существующие средства разработки (мультиагентные платформы), а также продемонстрировать прототип создания МАС.

2.5. Обзор существующих методов решения поставленной задачи. Преимущества агентного подхода.

Конечно, задача дистанционного управления, в частности, мониторинга, появилась не вчера. Поэтому существует ряд программных продуктов, разработанных в разных странах, которые достаточно эффективно решают данную проблему. Одним из таких продуктов является ClickOnce от Microsoft [8].
Однако практически все эти системы обладают двумя существенными недостатками.
Во-первых, большинство из них ориентировано исключительно под операционную систему Windows. Что, конечно же, является серьезным недостатком, так как в последнее время в операционных системах ценится также и их доступность, чему в гораздо большей мере удовлетворяют системы класса UNIX.
Во-вторых, все это уже готовые программные продукты. Под словом «готовые» я подразумеваю тот факт, что система не эволюционирует со временем, то есть не реагирует на изменения. Таким образом, каждое изменение среды должно повлечь за собой изменение программного кода.
Агентный подход решает обе эти проблемы. Что касается операционной системы – так как я реализовывал агентов на языке Java, за счет переносимости Java-кода мне абсолютно все равно, какая операционная система будет использоваться.
Что касается эволюции – как можно видеть выше, интеллектуальные агенты как раз предполагают изменение своего поведения в зависимости от изменений во внешней среде. О том, как реализуется данная эволюция, мы поговорим чуть ниже.

3. Разработка мультиагентной системы




    1. Выбор мультиагентной платформы

Прежде чем начать разработку мультиагентной системы, разумеется, нужно выбрать среду разработки, ту мультиагентную платформу, над которой будут работать агенты.


Мультиагентных платформ существует немало. Поэтому прежде чем выбрать одну из них я выработал небольшую систему критериев оценки мультиагентной платформы, куда я включил все самые важные моменты не только для моей текущей задачи, но и для разработки агента как такового. Все эти критерии, а также платформы, которые я рассматривал, и то, насколько платформы отвечают заданным критериям – в таблице 1.
Таблица формировалась на основании личного опыта автора (работы со всеми нижеперечисленными платформами, находящимися в свободном доступе), а также на основании отчетов, найденных автором в сети Internet.

Таблица 1. Сравнение мультиагентных платформ.



Название

Язык

Мобильность

Открытость

Поддержка разных ОС

Интерфейс

Помощь

Tryllian

Java

+

-

+

+

-

AgentBuilder

Java

+

+

+

-

+

Mobydget

C++

-

+

-

+

+

JASDK

Java

+

+

+

+

+

Toshiba Bee

Python

+

+

+

-

-

Поясним понятия, упомянутые в таблице:

Язык – язык программирования, используемый данной платформой,

Мобильность – способность данной мультиагентной платформы поддерживать мобильность создаваемых агентов (некоторые платформы ориентированы исключительно на интеллектуальных агентов, без мобильности),

Открытость – находится ли платформа в свободном доступе,

Поддержка разных ОС – зависит ли платформа от конкретной операционной системы,

Интерфейс – насколько удобен пользовательский интерфейс данной платформы,

Помощь – есть ли четко прописанное руководство пользователя, помогающее обращаться с данной платформой. Я намеренно вынес этот пункт отдельно, хотя формально его можно было бы приписать к пользовательскому интерфейсу. Однако в некоторых платформах процесс разработки достаточно удобен, пока используешь исключительно простые функции, а когда нужно разобраться в более сложных методах – начинаются проблемы, так как нет подробного пояснительного документа.

Итак, из таблицы видно, что всем вышеуказанным критериям удовлетворяет мультиагентная платформа JASDK (Java Aglets Software Development Kit). Эта мультиагентная платформа ориентирована на создание так называемых аглетов, то есть мобильных агентов.

3.2. Особенности платформы JASDK

Итак, аглет (aglet) - это Java-агент (апплет-агент), который может перемещаться от одного компьютера к другому. Работу аглета можно приостановить на одном компьютере, перенести на другой, удаленный, и продолжить там. При этом переносимость Java-кода гарантирует, что такой агент будет работать на любой машине и в любой операционной системе. Когда аглет перемещается с машины на машину, он переносит свой собственный код, состояние, в котором находился, и все объекты, которые были с ним связаны. Встроенный механизм безопасности защищает компьютер от непроверенных внешних аглетов.
Авторы технологии аглетов преследовали следующие цели:


  1. Создать простую, всеобъемлющую и расширяемую архитектуру для разработки мобильных агентов (аглетов), не прибегая к изменениям виртуальной машины Java и базовых методов, а опираясь только на возможности Web- и Java-технологий.

  2. Разработать гибкие механизмы совместной работы агентов, которые позволят им легко взаимодействовать друг с другом.

  3. Построить надежные и простые механизмы безопасности, которые обеспечат доверие к передвижным агентам со стороны конечных пользователей.

В результате получилась архитектура аглетов, которая состоит из двух наборов интерфейсов и двух слоев реализации:


-- набор интерфейсов аглета (aglet API);

-- -- -- слой реализации методов аглета;

-- передача агента по сети и интерфейс связи между аглетами;

-- -- -- транспортный слой.


Слой реализации аглета - это Java-коды программ, вызываемых аглетом через aglet API. Он содержит основные методы для создания, перемещения аглетов и управления ими, а также определяет поведение аглета (класс Aglet) и его связь с виртуальной машиной Java (класс AgletContext). Кроме того, в нем имеются механизмы взаимодействия аглетов друг с другом.
Транспортный слой обеспечивает передачу агента по сети в виде последовательности байтов, которая включает в себя определение классов (тоже в последовательном виде). Этот слой также имеет свой набор интерфейсов, называемый методами передачи агента и интерфейсом связи (Agent Transfer and Communication Interface, ATCI). Именно он позволяет аглетам обращаться к транспортному слою для перемещения по сети независимо от используемых протоколов. Реализация интерфейсов ATCI обеспечивает передачу и получение аглета, а также позволяет устанавливать связь между различными аглетами. Для передачи аглетов используется протокол передачи агента (Agent Transfer Protocol, ATP), который является протоколом прикладного уровня. Модель ATP основывается на протоколе HTTP и может быть использована для передачи агента независимо от его содержания и состояния, а также от операционных систем отправителя и получателя. Чтобы дать возможность аглетам связываться друг с другом, в ATP предусмотрен механизм передачи удаленных сообщений.
Когда аглет пытается послать себя на другой компьютер, он перемещается на слой реализации аглетов, который преобразует его в последовательность байтов. Эта последовательность содержит тело аглета и его текущее состояние. После прохождения слоя реализации аглет превращается в массив байтов и может быть передан через сеть по протоколу ATP. Для того чтобы воспользоваться этим протоколом, аглет должен пройти еще и через интерфейс ATCI. Протокол передачи агента, реализующий ATCI, добавляет свой заголовок, который содержит общую информацию об аглете - имя агента и его идентификатор. Заметим, что транспортный уровень - ATCI - можно заменить на стандартный интерфейс MAF, который в настоящее время разрабатывается OMG.

3.3. API-интерфейсы аглетов


Набор API-интерфейсов аглета (aglet API) определяет основные функциональные возможности для создания, исполнения и перемещения агентов. Рассмотрим более подробно основные элементы технологии аглетов, которые входят в этот API.
Класс aglet.Aglet
Это абстрактный класс Aglet, который определяет основные методы агентов (например, метод пересылки аглета - dispatch(URL)), управляющие перемещением и жизненными циклами аглетов. Все мобильные агенты должны расширять абстрактный класс aglet.Aglet. Скажем, метод Aglet.dispatch(URL) является примитивом, с помощью которого аглет может переместиться на другой компьютер, указанный в аргументе. Метод Aglet.deactivate(long time) позволяет приостанавливать работу аглета на определенное время, записывая его в хранилище, а Aglet.clone() - создавать новый экземпляр аглета, который наследует состояние аглета-родителя. Следует отметить, что объект, возвращаемый методом clone, - не аглет, а интерфейс к вновь созданному аглету.
Класс Aglet также используется для доступа к признакам аглета. Объект aglet.AgletInfo, который может быть получен с помощью метода Aglet.getAgletInfo(), содержит связанные с аглетом атрибуты, например время создания, а также динамические признаки - время последнего перемещения и адрес текущего компьютера.
Интерфейс aglet.AgletProxy
Интерфейс AgletProxy выполняет задачу управления аглетами и обеспечивает стандартный способ взаимодействия с аглетом. Класс aglet имеет несколько общедоступных (public) методов, к которым нельзя обращаться непосредственно из другого аглета из соображений безопасности. Поэтому любой аглет, который хочет связаться с другим агентом, должен сначала получить объект AgletProxy, и только затем устанавливать связь через этот интерфейс. Другими словами, объект AgletProxy выполняет роль защитного буфера между аглетами. Такой механизм взаимодействия необходим для защиты от опасных аглетов.
Чтобы определить, можно ли какому-либо аглету выполнять определенный метод аглета, AgletProxy связывается с менеджером безопасности - SecurityManager. Не менее важна роль интерфейса AgletProxy - обеспечить аглету независимость от местоположения. Реальный аглет, который находится на определенном компьютере, может послать запрос на другой компьютер и получить от него ответ. При этом аглет не должен знать, что он обращается к удаленному компьютеру. Именно AgletProxy скрывает от аглета местоположение его "собеседника". Объект, реализующий AgletProxy, можно получить следующими способами:


  • Запросить список доступных AgletProxy, вызывая метод AgletContext.getAgletProxies().

  • Получить AgletProxy для данного AgletID через метод AgletContext.getAgletProxy(AgletID) или Aglets.getAgletProxy(String contextName, AgletID).

  • Найти AgletProxy с помощью сообщения. AgletProxy может быть помещен в сообщение как один из аргументов и послан другому аглету.

  • Поместить AgletProxy в объект ContextProperty с помощью метода AgletContext.setProperty(String, Object) и использовать его совместно несколькими аглетами.

Технология аглетов включает стандартную реализацию интерфейса AgletProxy, поэтому программисты не обязаны его реализовывать. Однако, если приложение использует более сложную систему безопасности или модель обмена сообщениями между аглетами, то его разработчикам придется создавать свою собственную реализацию этого интерфейса.


Интерфейс Aglet.AgletContext
Интерфейс AgletContext обеспечивает связь со средой, в которой выполняется аглет, то есть с виртуальной машиной Java. Любой аглет может получить ссылку на объект AgletContext с помощью метода Aglet.getAgletContext() и использовать ее для получения локальной информации, например адреса своего местонахождения или списка доступных AgletProxies. С помощью этого интерфейса можно создать новый аглет. В принципе, стандартная библиотека аглетов реализует этот интерфейс, поэтому разработчикам Java-программ реализовывать его не нужно. Поскольку AgletContext зависит от виртуальной Java-машины, то и реализовывать его должны создатели виртуальных машин или те, кто хочет изменить взаимоотношения между аглетами и Java-машиной (например, для усиления безопасности).
Класс Aglet.Message
Аглеты взаимодействуют между собой с помощью объектов класса Message. Эти объекты содержат строку String, которая определяет тип сообщения и перечисляет объекты-аргумент. Аглет может отправить сообщение с помощью методов Object AgletProxy.sendMessage(Message msg), FutureReply AgletProxy.sendAsyncMessage(Message msg) или void AgletProxy.sendOnewayMessage(Message msg). Кроме того, необходимо вызвать метод Aglet.handleMessage(Message msg), в котором в качестве аргумента указать это же сообщение.
Механизм сообщений служит для обмена информацией между аглетами. Причем с его помощью можно передавать сообщения не только локальным аглетам , но и удаленным. Для этого предусмотрен специальный интерфейс (aglet.FutureReply), который позволяет корректно обрабатывать ситуации временного разрыва связи с удаленным компьютером. Таким образом, механизм сообщений являются связующим звеном при создании распределенных приложений.
Интерфейс Aglet.FutureReply
Асинхронная отправка сообщений на удаленный компьютер возвращает в качестве результата объект, реализующий интерфейс FutureReply. Этот объект используется для разрешения особых ситуаций в случае разрыва связи с дальнейшим ее восстановлением. С помощью этого интерфейса аглет, отправивший сообщение, может попытаться еще раз установить связь с получателем. Теоретически этот интерфейс определяет действия аглета и ответ на возможное отсутствие связи с получателем сообщения.
Здесь перечислены только основные классы и интерфейсы, которые входят в модель аглетов.

3.4. Реализация мобильности аглетов


Аглеты пользуются специальным протоколом – Agent Transport Protocol (ATP).
ATP - это простой протокол прикладного уровня, предназначенный для передачи агентов независимым от системы и агента способом. Его запрос состоит из строки запроса, нескольких полей заголовка и собственно содержания. Строка запроса определяет метод запроса, для исполнения которого в полях заголовка передаются аргументы. В ATP определены четыре стандартных метода:


  • Метод Dispatch (послать) предназначен для передачи аглета на новый компьютер. Он предписывает получателю восстановить агент из содержимого запроса и запустить его на новом месте. Если запрос удовлетворен, то отправитель должен уничтожить агента на своем компьютере и освободить все занимаемые им ресурсы.

  • Метод Retract (вернуть обратно) используется в случаях, когда необходимо получить аглет с какой-либо системы. С его помощью можно заставить получателя переслать отправителю указанный аглет. При этом отправитель должен восстановить аглет и исполнить его. Если аглет успешно передан, то приемнику надлежит уничтожить у себя переданный аглет и освободить занимаемые им ресурсы.

  • Метод Fetch (получить) необходим для передачи информации об аглетах. Он, так же как и метод GET в протоколе HTTP, просит получателя сообщить идентификационную информацию аглета.

  • Метод Message (сообщение) используется для обмена сообщениями между удаленными аглетами. Он позволяет аглету, который находится на компьютере отправителя, передать сообщение аглету на компьютере получателя, используя при этом идентификационный номер аглета, который можно приобрести с помощью метода Fetch.

Поскольку подготовка спецификации протокола ATP еще не завершена, в окончательном варианте могут появиться дополнительные методы. Следует отметить, что параллельно с разработчиками ATP аналогичный протокол - MAF - разрабатывает группа OMG. Если MAF будет принят как стандарт, то разработчикам ATP придется пересмотреть спецификацию своего протокола.


Элементы приложений
Библиотека аглетов предоставляет разработчику набор интерфейсов для создания и настройки программного обеспечения, которое использует технологию аглетов. Располагая одним и тем же набором интерфейсов, программа может иметь свою собственную систему управления аглетами, использовать часть возможностей сервера или создавать и запускать аглеты без обращения к нему. Есть несколько элементов для построения программ, использующих аглеты. Сервер может управлять и распределять аглеты, а клиент - создавать новые и удаленно управлять через сервер работой старых. Поэтому аглеты могут работать как на сервере, так и на клиенте, причем в разных местах решать разные задачи [9].
Обычно для построения приложения с использованием аглетов не нужны никакие дополнительные интерфейсы. Приложение в этом случае состоит исключительно из набора аглетов, опирающихся на набор интерфейсов Aglet API. Такая конфигурация обычно содержит постоянного агента, который имеет доступ к локальным ресурсам, таким как базы данных или файловая система, и обеспечивает все необходимое для работы с приходящими аглетами.
Постоянный агент загружается либо с локального диска (из папки, указанной в переменной CLASSPATH), либо с удаленного сервера по URL. Если аглет загружается из папки CLASSPATH, то на него не накладывается никаких ограничений безопасности. Такой аглет имеет самые высокие привилегии, то есть может делать все, что ему необходимо. Если аглет загружается по URL, то в зависимости от его идентификатора для него устанавливаются определенные полномочия, за соблюдением которых следит система безопасности.
В этой конфигурации пришедший аглет получает доступ к сервисам через обмен сообщениями с постоянным агентом. Причем внешний аглет может перейти на следующий сервер вместе с полученными результатами или послать их на домашний сервер с помощью механизма передачи удаленных сообщений. Передача сообщений также выполняется под присмотром службы безопасности, поэтому информация может и не дойти до получателя.
Сервер обеспечивает некоторому ограниченному набору внешних аглетов (наиболее надежных) доступ к локальным ресурсам или сервисам. В этом случае аглет может установить прямую связь с базой данных и делать прямые SQL-запросы. Таким образом, аглеты получают больше возможностей для использования ресурсов сервера, но, с другой стороны, это связано с определенным риском, если внешний аглет "вздумает" злоупотреблять своими полномочиями. В этом случае он выведет систему из строя.
Система управления
На сервере может работать система управления деятельностью аглетов, которая обрабатывает сообщения о происходящих событиях. На основе такой системы строятся сложные инструменты для администрирования работы сервера или простые и удобные в использовании приложения для конечных пользователей.
Например, хороший инструмент администрирования обеспечивает администратору возможность создать и поддерживать сервис аглетов, контролировать их передвижение и работу. Кроме того, система управления реализует сервисы для транзитной передачи аглета. Это может пригодиться, например, в шлюзовом сервере, который, получив аглет, должен передать его дальше, обработав соответствующим образом.
С другой стороны, систему управления можно настроить под нужды отдельных пользователей или сервисов. Например, рабочий стол пользователя может иметь иконку аглета, а для управления им будет достаточно перетащить в нее соответствующие операторы. Для новичка же можно использовать простой и привычный Web-интерфейс [10].
Сервер аглетов
Аглеты способны расширить функциональные возможности обычных приложений. Например, простое приложение для групповой работы может использовать аглеты для связи членов группы между собой. Однако для таких программ недостаточно возможностей простых аглетов, даже если разработчику удастся реализовать свою систему управления. Набор интерфейсов Aglets Server API позволяет разработчикам расширить возможности серверных аглетов и конфигурировать такие важные компоненты технологии аглетов, как менеджер безопасности, систему управления и другие.

Клиент
Клиентская программа не имеет тех возможностей, которые предусмотрены в серверной - в ее распоряжении есть только средства для удаленного создания, обслуживания и контроля аглетов или адресации им сообщений. Поэтому такое приложение требует меньше ресурсов для работы с аглетами, а это уменьшает потенциальную опасность, поскольку в этом случае невозможно загрузить любой аглет с внешнего компьютера и исполнить его.


Например, консоль системы управления сетью не обязана иметь всех возможностей сервера. Консольная программа, которая обычно выполняет роль клиента, может создать контролирующий аглет на одной машине и переслать его на все остальные для получения от них контрольной информации.

4. Реализация прототипов

Теперь, когда мы выбрали мультиагентную платформу и поговорили о ее свойствах, настало время реализовать ряд прототипов – примеров, которые помогут нам в дальнейшем при создании искомой системы.
4.1. Простейший агент

Конечно же, я начал с так называемого Hello-Agent’а, который печатает “created!”, когда создается и говорит “hello!” когда запускается. В дальнейшем я его несколько усовершенствовал, добавив опцию “sayHelloAgain” – получив соответствующее сообщение, агент снова приветствует нас. Наконец, я добавил самую простую мобильность – включил опцию передачи агента на другой компьютер. Когда агент передается на другой компьютер, он пишет “bye!”. Полный программный код агента можно увидеть в Приложении 1.

4.2. Интеллектуальный агент

Затем, я создал простейшего интеллектуального агента. Данный агент был призван реагировать на изменения внешнего мира. Этот агент выдавал сообщения о прошедших десяти минутах (каждые десять минут, соответственно).


4.3. Мобильный агент

Агент был призван пройти по адресам, указанным в книге адресов, по прибытии в очередной узел сети он выдавал сообщение о приходе, после чего ждал указанное время, а затем переходил на следующий узел. Время задержки, сообщение и адреса можно ввести в диалоговом окне,
Интерфейс моего агента выглядел так:

Агент начинает перемещаться, когда пользователь нажмет на “GO!”


Как видно из диалогового окна, агент также поддерживает функцию отсылки клона, то есть он сам остается в том узле, где и был, а его клон перемещается в указанный в адресах узел сети.
Программный код данного агента представлен в Приложении 2.

5. Область применения

Итак, я реализовал ряд вспомогательных прототипов моей системы.

Реализовал я свою систему в рамках проекта «Почта России» в компании СКБ ВТ «ИСКРА». В этой главе я кратко опишу данный проект, а также что я уже сделал и что предстоит сделать.


Проект «Почта России» предполагает установку 10000 терминалов (платежных киосков), которые произвела компания «ИСКРА», в почтовых отделениях по всей России. Очевидно, что для такой большой сети задачи мониторинга и диспетчеризации стоят особенно остро.
Перечислю все моменты, которые следовало рассмотреть:


  • Мониторинг. Сюда входят такие моменты, как сбор информации на киосках, слежение за состояниями как киосков в целом, так и составных частей киосков.

  • Диспетчеризация. Здесь можно выделить анализ собранной информации, своевременная и правильная реакция на события, которые происходят в киоске. Например, своевременная замена отказавших частей, заполнение денежного ящика и т.д.

  • Изменение программы. Имеется в виду изменение, например, законодательства, процентов комиссии или стоимостей товаров.

И осенью 2006 года мной было предложено использовать агентные технологии при решении этих задач. Про первые два пункта уже было сказано немало, почему агентные технологии эффективны при решении подобных задач. Что касается третьего пункта, то его не сложно реализовать, учитывая способность агентов к взаимной коммуникации. В случае некоего изменения по сети распространяется агент, который общается с агентами на соответствующих узлах, после чего агенты на узлах «учатся», то есть изменяют свой код с учетом той информации, которую они получили.


Итак, сначала было подготовлено техническое задание данного проекта. Оно было сдано в ноябре 2006 года и утверждено.
Затем встала проблема выработки концепций защиты информации. Эта проблема актуальна, так как если агент приходит в узел сети, на этом узле нужно уметь отличать его, например, от вирусов. Также, по сети ходит много информации, которую также надо уметь защитить и сохранить.
Далее, когда вся подготовительная часть была сделана, я написал программу, которая несла в себе только часть функциональности, и эту программу мы долгое время тестировали. Постепенно, когда первые тесты начали проходить, я добавлял новую функциональность. Так, пошагово, мы отработали систему на локальной сети, состоящей из нескольких узлов (небольшого количества).
В данный момент продолжается процесс добавления функциональности. Также анализируется тестирование, которое было проведено, вследствие чего несколько изменилась исходная программа.
В дальнейшем планируется глобальное тестирование, то есть на крупной сети в условиях, максимально приближенных к реальным. Оно намечено на лето 2007 года. Осенью планируется доработать и исправить все выявленные недостатки и недочеты системы.

Окончательный ввод в эксплуатацию запланирован на январь 2008 года.


К сожалению, данный программный продукт является коммерческим, поэтому я не могу представить итоговый программный код. Но принципы использовались те же, что и при реализации прототипов. Единственное, что не отражают прототипы, но что появилось в моей итоговой системе – нейросеть. Она призвана реализовать способность агентов приспосабливаться к изменениям внешней среды и самим реагировать на них, без дополнительного вмешательства со стороны диспетчера.
Остается добавить, что возможно, в будущем, я смогу внедрить свою систему и в других проектах, ведь задачи, которые она решает, не теряют свою актуальность в совершенно разных областях.

Заключение.


В настоящей работе был рассмотрен и реализован агентный подход к задаче дистанционного управления сетевым трафиком.
Был осуществлен обзор и анализ существующих методов решения исходной задачи. Как указано выше, основными недостатками данных методов являются отсутствие поддержки различных операционных систем, а также неспособность самостоятельной эволюции. Было показано, что агентные технологии решают первую проблему за счет переносимости Java-кода, а вторую с помощью применения метода нейросетей и использования интеллектуальных способностей агента.
В рамках настоящего исследования была выработана таблица критериев выбора мультиагентной платформы. Наиболее известные мультиагентные платформы подверглись анализу и оценке с учетом вышеуказанных критериев, вследствие чего был осуществлен выбор мультиагентной платформы, наиболее подходящей для решения исходной задачи. Выбранная платформа JASDK (Java Aglets Software Development Kit) удовлетворяла всем основным критериям, таким как: поддержка мобильности разрабатываемых агентов, открытый доступ к мультиагентной платформе, работа в условиях любой операционной системы, наличие удобного пользовательского интерфейса, наличие подробного описания функциональности данной среды разработки.
В ходе анализа и подготовки к реализации итоговой системы был разработан и реализован ряд прототипов, на которых базируется настоящая система. Первый прототип был разработан в целях ознакомления с мультиагентной платформой (разработка велась в ходе анализа мультиагентных платформ). В дальнейшем были разработаны прототипы мобильного агента, который перемещался по узлам сети и посылал различные сообщения, а также интеллектуального агента, который реагировал на события, происходящие во внешней среде.
Наконец, была спроектирована и реализована система, использующая агентные технологии для решения задач мониторинга и диспетчеризации в рамках проекта «Почта России». Было подготовлено техническое задание проекта, решена проблема безопасности передачи данных внутри системы, а также проведено комплексное тестирование системы в условиях локальной сети терминальных устройств. В дальнейшем планируется расширение функциональности системы и ввод ее в эксплуатацию.
Результатом настоящей дипломной работы является разработанная система мониторинга и диспетчеризации внутри сети, которая может быть использована не только в рамках вышеупомянутого проекта «Почта России», но и в других смежных областях.

Список литературы:

1. Etzioni O., Weld D. Agent Programming, 1995
2. Wooldridg, Jennings, Multi Agent Systems, 1995
3. Bradshow I. Agent Methods, 2001
4. Чекинов Г.П., Чекинов С.Г. Применение технологии многоагентных систем для интеллектуальной поддержки принятия решения (ИППР). // Сетевой электронный научный журнал «Системотехника», №1, 2003 http://systech.miem.edu.ru/2003/n1/Chekinov.htm
5. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. – М.: Наука, 2003.
6. Поспелов Д.А. Многоагентные системы – настоящее и будущее // Информационные технологии и вычислительные системы, № 1, 2002. – С. 14-21.
7. Евгенев Г.Б. Мультиагентные системы компьютерной инженерной деятельности // Информационные технологии, № 4, 2000. – С. 2-7.
8. http://www.microsoft.com
9. http://www.raai.org/about/persons/osipov/pages/ai/ai.html.
10. http://dll.botik.ru/nut/searchagents.html.

Приложение 1. Программный код простейшего агента.

public class HelloAglet extends Aglet {

public void onCreation(Object init) {

System.out.println("created!");

}

public void run() {



System.out.println("hello!");

}

public boolean handleMessage(Message msg) {



if (msg.sameKind("sayHelloAgain") {

System.out.println("hello!");

return true;

}

return false;



}

public void onDisposing() {

System.out.println("bye!");

}

}



Приложение 2. Программный код прототипа мобильного агента.
// ПРИЛОЖЕНИЕ: файл MyAglet.java

package my;


import com.ibm.aglet.*;

import com.ibm.aglet.event.*;

import com.ibm.aglet.util.*;

import com.ibm.agletx.util.SimpleItinerary;

import java.lang.InterruptedException;

import java.io.Externalizable;

import java.io.ObjectInput;

import java.io.ObjectOutput;

import java.io.IOException;

import java.net.*;

import java.awt.*;

import java.util.*;

public class MyAglet extends Aglet {
String message = "Hi from MyAglet!"; // Сообщение

int worktime = 5; // время работы по умолчанию


// UI чтобы взаимодействовать с пользователем

transient Frame my_dialog = new MyDialog(this);


// home address представленный как строка

String home = null;


// Itinerary (Маршрут)

SimpleItinerary itinerary = null;


// Инициализация аглета: вызывается только один раз при создании аглета

public void onCreation(Object init) {

itinerary = new SimpleItinerary(this);
my_dialog.pack();

my_dialog.resize(my_dialog.preferredSize());

my_dialog.show();
// Initialize the variables.

home = getAgletContext().getHostingURL().toString();

}
/*

* Обработчик сообщений

*/

public boolean handleMessage(Message msg) {



if (msg.sameKind("atHome")) {

atHome(msg);

} else if (msg.sameKind("startTrip")) {

startTrip(msg);

} else if (msg.sameKind("sayHello")) {

sayHello(msg);

} else if (msg.sameKind("sendSelf")) {

sendSelf(msg);

} else if (msg.sameKind("sayClone")) {

setText("I'm clone"); // сказать, что я клон

} else if (msg.sameKind("dialog")) {

dialog(msg);

} else {

return false;

}

return true;



}
// Рапортовать по прибытии домой

public void atHome(Message msg) {

setText("I'm back.");

}
// Начать путешествие!

public synchronized void startTrip(Message msg) {

try {


StringTokenizer addr_seq = new StringTokenizer( (String)msg.getArg() );

String addr, itin_str=null;


if( addr_seq.hasMoreTokens() ) {

addr = new String( addr_seq.nextToken() );

itin_str = new String( ((String)msg.getArg()).substring(addr.length()) );

System.out.println( "go to ->" + addr );

System.out.println( "itinerary: " + itin_str );

itinerary.go( addr, new Message("sayHello", itin_str) );

}

} catch (Exception ex) {



ex.printStackTrace();

}

}


// Сказать hello (текстовое сообщение от юзера)!

public void sayHello(Message msg) {

setText(message);
waitMessage(worktime * 1000); // задержка, чтобы успеть прочитать
try {

StringTokenizer addr_seq = new StringTokenizer( (String)msg.getArg() );

String addr, itin_str=null;
if( addr_seq.hasMoreTokens() ) {

addr = new String( addr_seq.nextToken() );

if( ((String)msg.getArg()).indexOf(' ') == -1 )

itin_str = new String(" ");

else

itin_str = new String( ((String)msg.getArg()).substring( addr.length() +



((String)msg.getArg()).indexOf(' ')+1 ) );

}

else



addr = new String(home);
System.out.println( "go to -> " + addr ); // для

System.out.println( "itinerary: " + itin_str ); // отладки


setText("I'll go to... " + addr );

waitMessage(1000);

itinerary.go( addr, new Message( ((itin_str==null)? "atHome": "sayHello"), itin_str) );

} catch (Exception ex) {

ex.printStackTrace();

}

}


// Клон уходит на требуемый компьютер

public void sendSelf(Message msg) {

// greetings

setText("I'll go to... " + (String)msg.getArg() );

waitMessage(1000);

try {


itinerary.go( (String)msg.getArg(), "sayClone" );

} catch (Exception ex) {

ex.printStackTrace();

}

}


/**

* Создание и показ диалогового окна.

* Этот аглет хранит ссылку на вход диалога, чтобы избегать множественного

* открытия окна.

*/

public void dialog(Message msg) {



// проверить и создать dialog box

if (my_dialog == null) {

my_dialog = new MyDialog(this);

my_dialog.pack();

my_dialog.resize(my_dialog.preferredSize());

}

my_dialog.show(); // показать dialog box



}

}

/*



* MyDialog class это окно, которое будет открываться когда требуется диалог.

*/

class MyDialog extends Frame {


// аглет, с которым пользователь взаимодействует

private MyAglet aglet = null;


// Компоненты графического интерфейса для взаимодействия с пользователем

private AddressChooser dest = new AddressChooser();

private TextField msg = new TextField(18);

private Label time_txt = new Label("Время работы (сек.):");

private TextField time = new TextField(4);

private Button go = new Button("GO!");

private Button send = new Button("Send CLONE!");

private Button close = new Button("CLOSE");


// Конструктор

MyDialog(MyAglet aglet) {

this.aglet = aglet;

layoutComponents();

dest.setAddress("atp://");

msg.setText(aglet.message);

time.setText(""+aglet.worktime);

}
// Размещаем компоненты

private void layoutComponents() {

// Layouts components

GridBagLayout grid = new GridBagLayout();

GridBagConstraints cns = new GridBagConstraints();

setLayout(grid);
cns.insets = new Insets(5,5,5,5);
cns.weightx = 1.0;

cns.weighty = 1.0;

cns.gridheight = 2;

cns.gridwidth = GridBagConstraints.REMAINDER; // этот элемент - последний в строке


cns.fill = GridBagConstraints.HORIZONTAL; // пересчет размера окна по горизонтали
grid.setConstraints(dest, cns);

add(dest); // добавляем адресную книгу


cns.fill = GridBagConstraints.BOTH; // пересчет по горизонтали и вертикали

grid.setConstraints(msg, cns);

add(msg);
cns.gridwidth = GridBagConstraints.RELATIVE;

grid.setConstraints(time_txt, cns);

add(time_txt);
cns.gridwidth = GridBagConstraints.REMAINDER;

cns.fill = GridBagConstraints.VERTICAL;

grid.setConstraints(time, cns);

add(time);


cns.weighty = 0.0;

cns.fill = GridBagConstraints.NONE;

cns.gridheight = 1;
Panel p = new Panel(); // делаем панель и вносим в нее кнопки
grid.setConstraints(p, cns);

add(p);


p.setLayout(new FlowLayout());

p.add(go);

p.add(send);

p.add(close);

}
// обработчик событий

public boolean handleEvent(Event ev) {

if (ev.id == Event.WINDOW_DESTROY) {

hide();


return true;

}

return super.handleEvent(ev);



}
// обработчик действий

public boolean action(Event ev, Object obj) {

if (ev.target == send) {

aglet.message = msg.getText();

try {

StringTokenizer serv_seq = new StringTokenizer( (String)dest.getAddress() );



while( serv_seq.hasMoreTokens() ) {

String serv = new String( serv_seq.nextToken() );

AgletProxy p = (AgletProxy)aglet.clone();

p.sendOnewayMessage( new Message("sendSelf", serv) );

}

} catch (Exception e) {



e.printStackTrace();

}

} else if (ev.target == go) {



aglet.message = msg.getText();

aglet.worktime = ( new Integer(time.getText()) ).intValue();

aglet.handleMessage( new Message("startTrip", dest.getAddress()) );

} else if (ev.target == close) {

hide();

} else {


return false;

}

return true;



}

}




База данных защищена авторским правом ©infoeto.ru 2016
обратиться к администрации
Как написать курсовую работу | Как написать хороший реферат
    Главная страница