嵌入式輕量Agent平臺的構建研究

1 引言

多Agent系統是指由多個(gè)分布和并行工作的Agent通過(guò)協(xié)作完成某些任務(wù)或達到某些目標的計算系統。嵌入式多智能體是把嵌入式系統與多Agent相結合的技術(shù)，充分發(fā)揮了二者優(yōu)勢^[1]。但是，多年來(lái)多Agent系統一直沒(méi)有應用到嵌入式設備上。這是由于沒(méi)有合適的Agent平臺能夠適應于軟、硬件資源受到限制的嵌入式系統。KVM (Kilo-bytes Virtual Machine)的出現，使JAVA這種跨平臺的語(yǔ)言成功應用于嵌入式設備中，同時(shí)也方便了嵌入式環(huán)境下的輕量Agent（Lightweight Agent）的實(shí)現。本文在A(yíng)RM嵌入式環(huán)境下測試輕量級Agent平臺。

2 面向Agent軟件開(kāi)發(fā)平臺

JADE 是基于跨平臺的JAVA語(yǔ)言，是一項旨在開(kāi)發(fā)符合FIPA（Foundation for Intelligent Physical Agents）Agent標準的多Agent系統或程序的軟件開(kāi)發(fā)框架^[2]。主機上運行的遠程管理Agent ( Remote Manage Agent，RMA )，包括AMS（Agent Management System）、DF（Directory Facilitator）、ACC（Agent Communication Channel）三部分。

如果利用JDAE平臺開(kāi)發(fā)多Agent系統，運行環(huán)境必須具備JAVA虛擬機。但是，這么一個(gè)軟件運行空間的大小遠遠超過(guò)普通嵌入式系統所能提供的存儲空間。因此必須采用一種新的輕量化的Agent開(kāi)發(fā)平臺、框架，使其適應于嵌入式環(huán)境。

3 輕量Agent平臺研究

3.1輕量化LEAP的研究

LEAP（Lightweight Extensible Agent Platform）是JADE運行在J2ME/CLDC下的版本，專(zhuān)門(mén)在手持設備等資源受限的環(huán)境中運行。LEAP運行在通信的上層，容器Container之間通過(guò)TCP/IP通信而不用關(guān)心物理連接方式^[4]。

J2ME把運算功能有限、電力有限的嵌入式設備稱(chēng)作可連接外界、資源有限的設備，規定這類(lèi)設備要執行JAVA程序必須滿(mǎn)足某些特定條件（CPU速度等），這些必須滿(mǎn)足的條件就定義在CLDC規范中。與標準版的JAVA―J2SE相比，J2ME/CLDC所支持的只有標準核心類(lèi)庫的子集合,對存儲空間的需求在160KB~512KB之間。并且J2ME /CLDC添加支持嵌入式系統的擴充類(lèi)庫，如javax.microedition.io.*類(lèi)庫，不含有RMI。所以，LEAP直接使用TCP/IP套接字通信來(lái)連接不同的容器^[4]。LEAP沒(méi)有AMS和DF，為了實(shí)現這些功能，LEAP直接訪(fǎng)問(wèn)運行在其它機器上的JADE平臺。分布在每一個(gè)嵌入式設備上的Agent的代碼量就會(huì )大大減少，各Agent的功能不會(huì )減弱。

3.2輕量化平臺的運行

LEAP有兩種截然不同的運行方式，其中一種方式是將一個(gè)完整的容器運行在嵌入式設備上，即Stand alone 方式。另外一種為Split 方式，將容器劃分成前臺（FrontEnd）和后臺（BackEnd），前臺即運行在嵌入式設備上，后臺運行在裝有J2SE的主機上。

一個(gè)完整的容器啟動(dòng)需要首先啟動(dòng)AMS和DF。根據文獻[3]的介紹，前臺作為一個(gè)存儲空間有限的設備，不可能運行大量代碼，是輕量的。結果，前臺啟動(dòng)后不會(huì )創(chuàng )建AMS與DF。同時(shí)，代碼量的減少使得前臺啟動(dòng)加快。后臺部分運行在普通的主機上，前臺對后臺的依賴(lài)體現在后臺必須在前臺啟動(dòng)之前工作起來(lái)。

3.3輕量Agent平臺改進(jìn)

3.3.1 KDDIAP

由于環(huán)境等因素的影響，移動(dòng)嵌入式設備在無(wú)線(xiàn)通信時(shí)經(jīng)常會(huì )遇見(jiàn)通訊連接不穩定、設備不在信號覆蓋的范圍等問(wèn)題。在無(wú)線(xiàn)設備上運行Agent會(huì )因為上述問(wèn)題不能隨時(shí)隨地提供服務(wù)。

這種情況發(fā)生時(shí)，JADE-LEAP就不能很好地滿(mǎn)足人們的需求。而這是由LEAP的特性決定的，LEAP應用于無(wú)線(xiàn)設備完全依賴(lài)于主PC機上的JADE平臺，即采用Split運行方式。因此，實(shí)現嵌入式無(wú)線(xiàn)設備上的Agent管理，首先要保證通訊穩定，這在無(wú)線(xiàn)環(huán)境下實(shí)現就有些困難。針對這些問(wèn)題，文獻[6]提出了專(zhuān)門(mén)針對手機等無(wú)線(xiàn)通信設備的Agent平臺架構KDDIAP。將移動(dòng)設備和中央服務(wù)器分解成一個(gè)個(gè)符合FIPA的子平臺。遵循FIPA是為了與其他類(lèi)似平臺方便地交互信息。與LEAP最大的區別就在于，移動(dòng)設備上運行的子平臺也具有AMS和DF功能。每個(gè)手機上都有相對完整的Container。

3.3.2混合模式輕量Agent平臺

KDDIAP適合于無(wú)線(xiàn)環(huán)境下應用，在最初啟動(dòng)時(shí)需要創(chuàng )建AMS和DF。然而，JADE-LEAP啟動(dòng)時(shí)不用創(chuàng )建AMS和DF，速度顯然會(huì )比KDDIAP快。在一個(gè)實(shí)際的復雜系統中，存在很多嵌入式設備，它們分別工作在有線(xiàn)連接的網(wǎng)絡(luò )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的環(huán)境中，各自的存儲資源也不盡相同。根據各自不同的特點(diǎn)，我們把KDDIAP與LEAP技術(shù)結合起來(lái)，對現有的Agent運行系統框架進(jìn)行改進(jìn)。如圖1，有3個(gè)容器，Main Container運行在J2SE上，Container-1運行在J2ME/CLDC或Personal Java上，Container-2運行在J2ME/CLDC上；Container-2處于Split 方式，而Container-1類(lèi)似于KDDIAP方式，它在啟動(dòng)時(shí)會(huì )創(chuàng )建AMS與DF。Container-2對應的設備應該有較好的通信保障，前臺在啟動(dòng)之后如果也創(chuàng )建AMS和DF將總共用到大約40個(gè)JAVA類(lèi)，不適合資源受限的嵌入式設備。我們在前臺僅僅創(chuàng )建一個(gè)Client Agent，可以隨時(shí)訪(fǎng)問(wèn)后臺，與后臺交互信息，對于存儲空間有限或處理器速度較慢的情況下確保了通信的實(shí)時(shí)性；相比之下Container-1處于無(wú)線(xiàn)環(huán)境，利用KDDIAP提供的方法可使Agent在任何時(shí)候提供服務(wù)，軟件Agent的代碼也會(huì )相應增加，對設備計算能力的要求會(huì )高一些，例如可以讓軟件Agent工作在A(yíng)RM這樣的高檔硬件平臺上。

這種改進(jìn)能確保異構網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下輕量Agent的正常運行，并且使整個(gè)Agent系統軟件精簡(jiǎn)靈活。同時(shí)，我們所做的改動(dòng)仍然遵循FIPA 標準，以方便與其他符合FIPA的平臺交互。