馮 鋒，徐 琪

FENG Feng1,2, XU Qi1

（1. 東華大學(xué) 旭日管理學(xué)院，上海 200051；2. 寧夏大學(xué) 數(shù)學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，銀川 750021）

0 引言

隨著社會(huì)信息化進(jìn)程的加快和各種無(wú)線接入技術(shù)的迅速發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)得到突飛猛進(jìn)的發(fā)展。同時(shí)，利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)開(kāi)展電子商務(wù)業(yè)務(wù)正在萌芽。電子商務(wù)的本質(zhì)在于降低信息成本，其中包括銷(xiāo)售成本、采購(gòu)成本等方面，它對(duì)傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的沖擊，在于改變和縮短了傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)鏈，重塑了其交易規(guī)則和程序。電子商務(wù)只有建立在信息的獲取和發(fā)布都能夠及時(shí)、準(zhǔn)確和全面的基礎(chǔ)上，才能得到廣泛地應(yīng)用。但是目前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)帶寬小，延遲大，網(wǎng)絡(luò)丟包現(xiàn)象嚴(yán)重[1]。如何在惡劣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地開(kāi)展業(yè)務(wù)，是一個(gè)亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

本文在闡述協(xié)作信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，給出了基于移動(dòng)Agent的協(xié)作信息中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，然后利用它開(kāi)發(fā)掌上電腦等移動(dòng)終端上的高效、輕型移動(dòng)商務(wù)系統(tǒng)μMCommerce，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真和測(cè)試。

1 基于移動(dòng)Agent的協(xié)作信息中間件

協(xié)作信息技術(shù)的研究可以追溯到分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、計(jì)算機(jī)協(xié)同工作等技術(shù)的研究。協(xié)作信息技術(shù)的核心目標(biāo)是研究如何利用現(xiàn)有通信/計(jì)算機(jī)技術(shù)所提供的巨大潛力，將地理上分布的、在各個(gè)獨(dú)自領(lǐng)域內(nèi)工作的各個(gè)信息系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，進(jìn)而提供更為全面、準(zhǔn)確和及時(shí)的信息服務(wù)。協(xié)作信息系統(tǒng)既要代表著下一代信息管理系統(tǒng)的發(fā)展方向，同時(shí)也要為人們目前面臨的信息爆炸所帶來(lái)的負(fù)面影響提供根本的解決途徑。

對(duì)協(xié)作計(jì)算的大量深入分析的結(jié)果表明，盡管面對(duì)的領(lǐng)域不同，解決的問(wèn)題迥異，但是卻存在許多共同的設(shè)計(jì)要素，這些要素是設(shè)計(jì)任何一個(gè)支持協(xié)作系統(tǒng)都必須解決的問(wèn)題，歸納如下：

1）互操作性。異質(zhì)環(huán)境下的計(jì)算實(shí)體進(jìn)行集成的問(wèn)題；

2）協(xié)作性。參加協(xié)作的各方如何共享信息和交換信息；各協(xié)作方并行工作時(shí)如何保證系統(tǒng)的性能；

3）安全性。如何保證信息交換的安全性；

4）變化管理。能夠?qū)崟r(shí)地進(jìn)行變化檢測(cè)；

5）信息服務(wù)。數(shù)據(jù)挖掘、信息代理、知識(shí)共享。

進(jìn)一步對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行歸納，使我們認(rèn)識(shí)到這些問(wèn)題的本質(zhì)是“如何安全有效地在各異質(zhì)協(xié)作方之間共享信息”的問(wèn)題。這一結(jié)論促使我們對(duì)協(xié)作信息共享技術(shù)進(jìn)行了深入研究。研究表明，將這一協(xié)同計(jì)算中必不可少的設(shè)計(jì)要素提取出來(lái)，用中間件的方式加以實(shí)現(xiàn)，既有理論指導(dǎo)意義，又有方便實(shí)踐的價(jià)值。我們將這種中間件稱(chēng)為面向協(xié)作信息系統(tǒng)的中間件，采用中間件的方式實(shí)現(xiàn)，具有一系列的優(yōu)越性：

1）可以大大簡(jiǎn)化上層協(xié)作支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)難度，使設(shè)計(jì)者得以將精力集中于所要進(jìn)行的協(xié)作工作本身；

2）便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的擴(kuò)展和結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)變化，使將來(lái)可以動(dòng)態(tài)地增加、擴(kuò)展服務(wù)，而不必重新修改整個(gè)系統(tǒng)；

3）系統(tǒng)具有更大的靈活性，異質(zhì)系統(tǒng)之間的協(xié)作變得較為容易；

4）易于開(kāi)發(fā)，即允許開(kāi)發(fā)者在企業(yè)范圍內(nèi)定位、訪問(wèn)、操縱和移動(dòng)數(shù)據(jù)，免除花大力氣去關(guān)注甚至研究企業(yè)信息系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)本身，縮短了二次開(kāi)發(fā)周期，同時(shí)可以很方便地開(kāi)發(fā)新的應(yīng)用。

在開(kāi)放式移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行分布式信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有關(guān)各方如何共享彼此的信息是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。在設(shè)計(jì)這樣的信息系統(tǒng)時(shí)，由于要考慮不同信息源的集成、安全性、網(wǎng)絡(luò)帶寬、信息的組織(數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì))的要求，同時(shí)系統(tǒng)還必須有效地適應(yīng)各信息源的動(dòng)態(tài)變化，使得設(shè)計(jì)工作極具挑戰(zhàn)性。面對(duì)這樣的應(yīng)用要求，傳統(tǒng)的Client/Server計(jì)算模式難以勝任，而移動(dòng)Agent中間件才是解決這一挑戰(zhàn)性難題的有效途徑，也代表著目前技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[2]。

Agent的研究起源于人工智能領(lǐng)域。Agent是指模擬人類(lèi)行為和關(guān)系、具有一定智能并能夠自主運(yùn)行和提供相應(yīng)服務(wù)的程序。與現(xiàn)在流行的軟件實(shí)體(如對(duì)象、構(gòu)件)相比較，Agent的粒度更大，智能化程度更高。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，可以讓Agent在網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)并執(zhí)行，完成某些功能，這就是移動(dòng)Agent的思想。移動(dòng)Agent技術(shù)通過(guò)將服務(wù)請(qǐng)求Agent動(dòng)態(tài)地移到服務(wù)器端執(zhí)行，使得此Agent較少依賴(lài)網(wǎng)絡(luò)傳輸這一中間環(huán)節(jié)而直接面對(duì)要訪問(wèn)的服務(wù)器資源，從而避免了大量數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳送，降低了系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的依賴(lài)。移動(dòng)Agent不需要統(tǒng)一的調(diào)度，由用戶(hù)創(chuàng)建的Agent可以異步地在不同節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，待任務(wù)完成后再將結(jié)果傳送給用戶(hù)。為了完成某項(xiàng)任務(wù)，用戶(hù)可以創(chuàng)建多個(gè)Agent，同時(shí)在一個(gè)或若干個(gè)節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，形成并行求解的能力。此外它還具有自治性和智能路由等特性[3]。

移動(dòng)Agent技術(shù)突破了傳統(tǒng)的分布計(jì)算模式的制約，對(duì)處于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的大規(guī)模的協(xié)作信息系統(tǒng)建設(shè)具有重要的意義，所以我們?cè)谥虚g件設(shè)計(jì)中引入了移動(dòng)Agent的思想和相關(guān)技術(shù)。各Agent代表著參加交互的各方，同時(shí)通過(guò)Agent之間的協(xié)商，開(kāi)放移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)環(huán)境中各異質(zhì)實(shí)體間差異被屏蔽，且具有語(yǔ)意上的一致性。通過(guò)各Agent之間的協(xié)作，可以將分布的信息資源融合為一個(gè)有機(jī)的整體，從而為信息集成提供有效解決辦法，而且移動(dòng)Agent具有高性能，比較適合移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

2 中間件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 中間件中移動(dòng)Agent系統(tǒng)的基本要素

2.1.1 Agent實(shí)體

一個(gè)Agent實(shí)體實(shí)際上是一個(gè)可移動(dòng)Java對(duì)象。在到達(dá)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)后，它自主地啟動(dòng)線程執(zhí)行任務(wù)，并且能夠?qū)邮盏降南⒆鞒隹焖俜磻?yīng)。

2.1.2 Agent代理(Proxy)

Agent代理是Agent實(shí)體的代表，它相當(dāng)于Agent實(shí)體的外殼，避免了外界直接訪問(wèn)Agent實(shí)體。同時(shí)，它可以為Agent實(shí)體提供位置透明性。

2.1.3 移動(dòng)Agent上下文環(huán)境(Context)

移動(dòng)Agent上下文環(huán)境就是Agent實(shí)體的工作場(chǎng)所，它是一個(gè)靜止的對(duì)象，提供對(duì)于運(yùn)行于其中的Agent的管理，同時(shí)提供安全性保護(hù)。一臺(tái)主機(jī)可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)服務(wù)器程序，每一個(gè)服務(wù)器程序又可以容納多個(gè)Context。每個(gè)Context都有自己的名字，可以通過(guò)其所在主機(jī)的地址和它的名字確定其所在位置。

2.1.4 Agent消息(Message)

Agent消息是用于在Agent之間進(jìn)行交互的一種對(duì)象。它可以按同步或異步兩種方式傳遞。通過(guò)消息，Agent之間可以相互合作和交換信息。

2.1.5 Agent標(biāo)記符(Identifier)

每一個(gè)Agent都有一個(gè)標(biāo)記符與之綁定，它負(fù)責(zé)在整個(gè)Agent實(shí)體的生命周期中全局唯一地標(biāo)志該Agent。

以上元素，在移動(dòng)Agent中間件系統(tǒng)中都以Java類(lèi)或接口的形式存在。

2.2 中間件中實(shí)現(xiàn)移動(dòng)Agent管理的基本操作

以下是移動(dòng)Agent中間件系統(tǒng)的基本操作，即用于對(duì)Agent的生命周期進(jìn)行管理的最小功能集。

2.2.1 Agent創(chuàng)建(Creation)

在移動(dòng)Agent上下文環(huán)境中創(chuàng)建Agent實(shí)體，這個(gè)新建的Agent實(shí)體將被分配到一個(gè)Agent標(biāo)記符，在完成初始化工作后便開(kāi)始運(yùn)行。

2.2.2 派遣(Dispatching)

負(fù)責(zé)把Agent實(shí)體從當(dāng)前移動(dòng)Agent上下文環(huán)境中移出，送入到目的上下文環(huán)境中的過(guò)程。Agent實(shí)體將在新的上下文環(huán)境中重新運(yùn)行。

2.2.3 銷(xiāo)毀(Disposal)

銷(xiāo)毀將會(huì)終止一個(gè)Agent實(shí)體運(yùn)行，并從當(dāng)前移動(dòng)Agent上下文環(huán)境中移除。

2.3 實(shí)時(shí)推算法流程

該中間件系統(tǒng)的核心為實(shí)時(shí)推模塊，當(dāng)然為了保證系統(tǒng)完整性，還有狀態(tài)模塊、用戶(hù)管理、系統(tǒng)維護(hù)和系統(tǒng)幫助等模塊。

如圖1所示，服務(wù)方初始化Agent執(zhí)行環(huán)境后，創(chuàng)建服務(wù)Agent并且偵聽(tīng)客戶(hù)請(qǐng)求，將接收到的客戶(hù)請(qǐng)求內(nèi)容規(guī)范化為Agent所能理解的Agent通信語(yǔ)言，然后把貨物信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)推送給客戶(hù)；如果任務(wù)完成，服務(wù)方就地銷(xiāo)毀Agent，釋放其資源。

圖1 中間件實(shí)時(shí)推算法流程

在系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)中，為了滿(mǎn)足平臺(tái)無(wú)關(guān)性、安全性、面向?qū)ο筇匦院投嗑€程特性，可采用純Java技術(shù)：采用Java的JDBC數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，來(lái)完成對(duì)不同數(shù)據(jù)源的透明、高效操作；采用基于Java的移動(dòng)Agent技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)有關(guān)Agent的移動(dòng)性要求；Agent之間的通信，采用與KQML(Knowledge Query and Manipulation Language)語(yǔ)言兼容的語(yǔ)意表達(dá)形式[4]。

3 輕型移動(dòng)商務(wù)系統(tǒng)μMCommerce

輕型移動(dòng)商務(wù)系統(tǒng)μMCommerce建立在上述中間件基礎(chǔ)上，它由供應(yīng)子系統(tǒng)、購(gòu)貨需求子系統(tǒng)、移動(dòng)Agent中間件子系統(tǒng)(也稱(chēng)移動(dòng)代理中間件子系統(tǒng))和系統(tǒng)配置子系統(tǒng)有機(jī)構(gòu)成，它們的關(guān)系如圖2所示。

圖2 輕型移動(dòng)商務(wù)系統(tǒng)μMCommerce系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.1 貨物供應(yīng)子系統(tǒng)

移動(dòng)用戶(hù)利用該子系統(tǒng)登記貨物信息。該子系統(tǒng)在PocketPC/手機(jī)上提供客戶(hù)端界面，讓用戶(hù)輸入用戶(hù)名以及用戶(hù)密碼，并傳送到服務(wù)端。服務(wù)端的安全Servlet對(duì)用戶(hù)名和密碼進(jìn)行驗(yàn)證。如果通過(guò)驗(yàn)證，客戶(hù)端就進(jìn)入貨物供應(yīng)界面；反之則返回驗(yàn)證失敗信息，用戶(hù)仍停留在用戶(hù)驗(yàn)證界面上。當(dāng)客戶(hù)端進(jìn)入貨物供應(yīng)界面以后，就可以通過(guò)后臺(tái)的貨物供應(yīng)Servlet進(jìn)行貨物供應(yīng)的操作，操作結(jié)束的數(shù)據(jù)又通過(guò)互操作中間件模塊把數(shù)據(jù)傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器進(jìn)行后臺(tái)數(shù)據(jù)處理，由此完成貨物供應(yīng)子系統(tǒng)的整個(gè)數(shù)據(jù)流程。

實(shí)現(xiàn)貨物供應(yīng)子系統(tǒng)時(shí)，采用了SUN J2ME技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)界面和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，為了保證高安全性，采用了輕型高效安全產(chǎn)品——Bouncycastle的Lcrypto。

3.2 貨物需求子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)及相應(yīng)的移動(dòng)代理中間件子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)接收和運(yùn)行服務(wù)器派遣來(lái)的移動(dòng)代理程序，實(shí)時(shí)地收集供應(yīng)的貨物信息。貨物需求子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程與貨物供應(yīng)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程對(duì)稱(chēng)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有符合要求的新的供應(yīng)貨物后，服務(wù)端將通過(guò)移動(dòng)代理立即將貨物信息返回給客戶(hù)端。

實(shí)現(xiàn)貨物需求子系統(tǒng)時(shí)，采用了聯(lián)想5100(Strong ARM芯片，WinCE操作系統(tǒng))，PJava；為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)保存，采用了PJava里Java.Io.File函數(shù)。

3.3 移動(dòng)代理中間件子系統(tǒng)

該子系統(tǒng)負(fù)責(zé)移動(dòng)代理系統(tǒng)環(huán)境和移動(dòng)代理程序的管理，它是整個(gè)系統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，是移動(dòng)環(huán)境下的通信邏輯載體。通過(guò)它，服務(wù)器利用實(shí)時(shí)推算法推送數(shù)據(jù)給PocketPC顯示；同時(shí)它還具有一定的消息機(jī)制，即使PocketPC關(guān)機(jī)，數(shù)據(jù)也不會(huì)丟失，一旦PocketPC重新開(kāi)機(jī)，會(huì)立即收到消息系統(tǒng)保存的數(shù)據(jù)。

移動(dòng)代理中間件子系統(tǒng)含有三種Agent環(huán)境：移動(dòng)Agent環(huán)境Grasshopper、移動(dòng)Agent環(huán)境SMI和智能Agent環(huán)境JADE。同時(shí)含有移動(dòng)Agent互操作中間件[5]、移動(dòng)Agent和智能Agent互操作中間件。以讓SMI產(chǎn)生的移動(dòng)Agent可以移動(dòng)到Grasshopper環(huán)境，然后再以FIPA消息發(fā)送給JADE，由JADE完成數(shù)據(jù)庫(kù)的寫(xiě)入。

3.4 系統(tǒng)配置子系統(tǒng)

系統(tǒng)配置子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置，系統(tǒng)管理員在PocketPC/手機(jī)上的系統(tǒng)設(shè)置界面里進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后通過(guò)智能Agent模塊傳輸?shù)椒?wù)器，并由服務(wù)器將配制參數(shù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。

實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)配置子系統(tǒng)時(shí)，采用了小型智能Agent平臺(tái)——LEAP，配置請(qǐng)求信息以FIPA規(guī)范的原語(yǔ)格式在PocketPC/手機(jī)與服務(wù)器之間傳遞。

表1 貨物需求子系統(tǒng)增量測(cè)試結(jié)果

4 實(shí)驗(yàn)與測(cè)試

與現(xiàn)有系統(tǒng)的對(duì)接涉及到不同操作系統(tǒng)平臺(tái)及數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的互連，測(cè)試表明該系統(tǒng)可以方便、有效地從現(xiàn)有系統(tǒng)中提取所需信息，且不會(huì)增加原系統(tǒng)的負(fù)荷。各子系統(tǒng)安裝、配置及其運(yùn)行簡(jiǎn)便易行。既可在事中安裝，又可事后安裝。

為對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面測(cè)試，采用了以下三種測(cè)試方法。

4.1 功能測(cè)試

主要對(duì)系統(tǒng)所提供的各種功能分別進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果基本達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)，系統(tǒng)安全性也通過(guò)了測(cè)試。

4.2 增量測(cè)試

為了測(cè)試移動(dòng)中間件性能，測(cè)試了貨物需求子系統(tǒng)在20條記錄、40條記錄和80條記錄下返回所有貨物信息平均所需時(shí)間，如表1所示。

測(cè)試網(wǎng)絡(luò)含電信撥號(hào)環(huán)境、二代半移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GPRS和第二代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)GSM。具體分別為：普通的有線撥號(hào)(利用掌上電腦上的Modem卡連電話(huà)線，最大理論帶寬為56kbps)，GPRS移動(dòng)分組接入(利用掌上電腦上的GRPS模塊，無(wú)線連接移動(dòng)夢(mèng)網(wǎng)，最大理論帶寬為13.4kbps)和GSM接入(利用掌上電腦紅外端口配合外置紅外手機(jī)，以無(wú)線方式撥入移動(dòng)網(wǎng)，最大理論帶寬為9.6kbps)。由表1得知，隨著帶寬的減小，移動(dòng)中間件逐漸顯示出其高性能。

圖3 系統(tǒng)性能比較圖

如圖3所示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于移動(dòng)Agent中間件的商務(wù)系統(tǒng)有著比普通網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)構(gòu)高效的性能，而且隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的惡化，系統(tǒng)基本性能無(wú)明顯變化，而普通網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)構(gòu)則有大幅下降。同時(shí)也看到，隨著記錄數(shù)的動(dòng)態(tài)增加，系統(tǒng)并發(fā)機(jī)制發(fā)揮了良好的性能，具有良好的可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展能力；而普通網(wǎng)絡(luò)計(jì)算結(jié)構(gòu)隨著記錄數(shù)的增加，其計(jì)算時(shí)間會(huì)成指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

4.3 飽和測(cè)試

主要目的是測(cè)試在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，多個(gè)用戶(hù)同時(shí)對(duì)系統(tǒng)不同服務(wù)進(jìn)行訪問(wèn)時(shí)，系統(tǒng)能否有效提供服務(wù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明即使在低帶寬情況下，系統(tǒng)仍穩(wěn)定可靠。

5 結(jié)束語(yǔ)

移動(dòng)Agent不同于基于過(guò)程的RPC(如OSF/DCE中的)，也不同于面向?qū)ο蟮膶?duì)象引用(如OMG/CORBA,OLE/DCOM和Java/RMI中的)，其獨(dú)特的對(duì)象傳遞思想和卓越的特性給開(kāi)放系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的革新。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)界大多從人工智能的角度來(lái)研究Agent，所以很難實(shí)用化；本文從分布處理的角度對(duì)其作深入研究，為移動(dòng)Agent的實(shí)用化作出了一些有益的探索。一個(gè)基于移動(dòng)Agent的高效、輕型移動(dòng)實(shí)時(shí)商務(wù)系統(tǒng)的實(shí)踐，對(duì)移動(dòng)Agent實(shí)用化有著重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

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