??? 摘? 要： 本文提出了一種網(wǎng)格環(huán)境中基于代理的語義資源發(fā)現(xiàn)模型,，結(jié)合代理技術(shù)和P2P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)語義上的資源發(fā)現(xiàn)。
??? 關(guān)鍵詞： 網(wǎng)格? 資源發(fā)現(xiàn)? 本體? 代理? P2P
?
??? 網(wǎng)格技術(shù)用于實現(xiàn)廣泛的分布資源共享和協(xié)同工作。網(wǎng)格中潛在著巨大數(shù)量的資源和用戶以及具有資源的異構(gòu)性、動態(tài)性和自治性等特點,，這使得資源發(fā)現(xiàn)頗具挑戰(zhàn)性。如何高效準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)網(wǎng)格資源已成為網(wǎng)格研究中的一個重要問題,。目前已有的網(wǎng)格資源發(fā)現(xiàn)方式大都是基于句法,、集中式的匹配。這種方式?jīng)]有對其語義進行解析,，不能根據(jù)資源的能力發(fā)現(xiàn)資源,。而且網(wǎng)格系統(tǒng)中的資源規(guī)模巨大，如果采用集中式信息管理方式,，在某一個或某幾個結(jié)點維護整個系統(tǒng)的信息是不現(xiàn)實的,，資源的動態(tài)更新、系統(tǒng)的擴展等也成為問題,。
??? 目前,，基于本體的資源發(fā)現(xiàn)機制研究剛剛邁出第一步，如OMM[1]仍然是一種集中式的資源組織模式,，適用于本地的資源匹配,。本文提出了一種網(wǎng)格環(huán)境下基于代理的語義資源發(fā)現(xiàn)模型(ASRDM)，它使用本體來實現(xiàn)請求者和資源的語義描述,。為維護各組織內(nèi)的資源管理自治性,，在組織內(nèi)部采取集中式資源發(fā)現(xiàn)模式；在系統(tǒng)各組織之間采取基于P2P的分布式資源發(fā)現(xiàn)模式,。
1? 典型的網(wǎng)格資源發(fā)現(xiàn)方式
??? Condor的MatchMaking不依賴全局資源命名,，它是一種集中式的依靠資源屬性進行匹配的資源共享系統(tǒng)。它將資源和用戶請求間的匹配過程和建立聯(lián)系過程分開,。請求者和提供者按照分類廣告（ClassAds）公開其各自的特點和請求,。匹配服務(wù)將滿足條件的請求和用戶進行匹配，并通知雙方,。匹配雙方既可直接建立聯(lián)系,，也可以進行進一步的協(xié)商。這種資源發(fā)現(xiàn)方式缺乏靈活性,，并且集中式的資源組織模式會成為系統(tǒng)擴展的瓶頸,。
??? Globus MDS是Globus Toolkit提供的信息服務(wù)組件,，它提供網(wǎng)格資源的信息和狀態(tài)。MDS包含網(wǎng)格資源信息服務(wù)GRIS（Grid Resource Information Service）和網(wǎng)格索引信息服務(wù)GIIS（Grid Index Information Service）,。MDS實現(xiàn)了基于LDAP的樹狀元數(shù)據(jù)目錄服務(wù),，實體描述為屬性/值對,。每個組織內(nèi)通常都有一個集中的索引服務(wù),，組織規(guī)模比較大時，需要形成樹狀層次結(jié)構(gòu),。這種發(fā)現(xiàn)機制的缺點為：(1)被動更新,。如果查詢近期沒有執(zhí)行，則GIIS服務(wù)器必須更新它的LDAP registry,。因為GIIS不能主動得知機器以及服務(wù)的當(dāng)前狀態(tài),。(2)非分布式管理。GIIS服務(wù)器要聯(lián)系所有注冊的主機檢查當(dāng)前狀態(tài),。顯然,，這種操作是不可伸縮的。
??? OMM的主要思想是利用語義網(wǎng)技術(shù)RDF(資源描述框架,，本體,，規(guī)則）進行網(wǎng)格資源匹配。本體是用于描述或表達某一領(lǐng)域知識的一組概念或術(shù)語,，可用于組織知識庫中較高層次的知識抽象,，也可用于描述特定領(lǐng)域的知識；本體通過知識表示元語捕獲某個領(lǐng)域的語義,，使得機器能夠（部分）理解該領(lǐng)域中概念間的關(guān)系,，通過公理或規(guī)則還可以捕獲其他知識，如領(lǐng)域背景知識等,。OMM包括三部分：(1)本體,。記錄域模型及詞匯，以表達資源公布和任務(wù)請求,。(2)域背景知識,。記載本體中沒有捕獲的域的其他知識。(3)匹配規(guī)則,。定義資源和請求相匹配的規(guī)則,。它仍然是一種集中式的資源組織模式，適用于本地的資源匹配,。
2? 基于代理的語義資源發(fā)現(xiàn)模型
2.1 組織內(nèi)集中式資源發(fā)現(xiàn)模式
2.1.1 基于代理的集中式資源發(fā)現(xiàn)模式
??? 網(wǎng)格中各組織內(nèi)部有著不同的資源管理策略,。例如在哪個時間段，內(nèi)部資源對于組織外的用戶是可共享的,，哪些用戶可以訪問內(nèi)部資源等,。每個組織需要擁有對其資源管理的自治性,。在ASRDM中，組織內(nèi)部的資源采取集中式的管理模式,，便于組織對其資源實施統(tǒng)一的管理策略,，也利于提高本地資源發(fā)現(xiàn)的效率。資源發(fā)現(xiàn)模式如圖1所示,。
?
2.1.2 集中式資源發(fā)現(xiàn)模式中的各代理
??? 代理是一種復(fù)雜的計算機程序,采取自治的行為,，協(xié)同應(yīng)用與環(huán)境交互，完成給定的目標(biāo),。代理技術(shù)是適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)平臺的一種新型軟件技術(shù),，為網(wǎng)格計算思想的實現(xiàn)提供了一種有力的手段。
??? 組織內(nèi)用戶,、資源以及匹配服務(wù)等都有專門的代理,，代理間協(xié)作處理用戶的請求，使得系統(tǒng)功能可以方便地進行動態(tài)重組,。例如,，添加一個新的資源僅僅只需要添加一個新的代理并公布其服務(wù)能力。各代理功能如下：
??? (1)用戶代理：用戶進入系統(tǒng)的智能接口,。它使用系統(tǒng)的通用域模型（本體）來幫助用戶規(guī)范查詢和輸出結(jié)果,。
??? (2)本體代理：提供有關(guān)本體的信息并回答有關(guān)本體的查詢。
??? (3)資源代理：提供本體和本地數(shù)據(jù)方案與語言間的映射,，執(zhí)行對于資源的具體請求,，對外公布資源的服務(wù)能力。
??? (4)匹配代理：接受并存儲組織內(nèi)所有代理的公告信息,，對資源請求做出回答,。匹配代理使用一個公開的地址監(jiān)聽查詢或者公布信息。每個代理都要基于組織內(nèi)的域模型（本體）向匹配代理公布其地址和服務(wù)能力,。
2.1.3 組織內(nèi)資源發(fā)現(xiàn)過程
??? 在ASRDM組織內(nèi)用戶通過瀏覽器和它的用戶代理進行交互,。用戶提交一個查詢，用戶代理向匹配代理查詢本體代理的地址,，然后向本體代理查詢適合于該請求的本體,。基于返回的請求域模型,，用戶代理向匹配代理查詢當(dāng)前合適的資源代理,。如果匹配代理在組織內(nèi)發(fā)現(xiàn)了資源，則直接將結(jié)果返回給用戶代理,；如果組織內(nèi)沒有合適的資源,，則向其他組織的匹配代理發(fā)出請求，在更廣泛的范圍進行資源查找,。
??? 由于網(wǎng)絡(luò)資源具有動態(tài)性,，所以不同時間返回的結(jié)果不同,。用戶代理根據(jù)返回結(jié)果，直接和資源代理建立連接,。每個資源代理將基于本體的請求轉(zhuǎn)換為本地模式,，并將結(jié)果返給用戶代理，用戶代理通過瀏覽器將結(jié)果返給用戶,。
??? 考慮到單點失效的問題,，可以有一個冗余匹配結(jié)點作為備份。
2.2 組織間基于移動代理的分布式資源發(fā)現(xiàn)模式
??? 與組織內(nèi)部資源相比,，網(wǎng)格這個大環(huán)境中的資源數(shù)量巨大,，資源的變化更加不可預(yù)測。集中式的資源發(fā)現(xiàn)模式已經(jīng)不適用,，需要一種扁平的、分布式的,、自組織的體系結(jié)構(gòu),。P2P系統(tǒng)和網(wǎng)格具有很多共同特性，如動態(tài)性,、廣域環(huán)境以及異構(gòu)性等,。P2P系統(tǒng)具有自適應(yīng)、自組織性和容錯等特性,，使用P2P協(xié)議能夠提高網(wǎng)格系統(tǒng)的效率以及可擴展性,。在ASRDM中，各組織間的資源管理采用P2P的模式,，如圖2所示,。
?
2.2.1 結(jié)點本體
??? 每個組織作為這個P2P網(wǎng)絡(luò)上的一個結(jié)點，都有自己的對外索引結(jié)點（即匹配結(jié)點）,。結(jié)點本體（peer ontology,，即上述的Local ontology）包括兩部分：(1)結(jié)點能力描述：結(jié)點自身及其所提供資源的元信息、鄰居結(jié)點信息等,，如結(jié)點ID,、資源ID 及類型、鄰居結(jié)點的IP地址等,；(2)結(jié)點的域模型,。
2.2.2 語義覆蓋網(wǎng)SON的建立
??? 傳統(tǒng)的P2P資源發(fā)現(xiàn)定位方法，或者需要大的目錄服務(wù)器的支持,，系統(tǒng)的健壯性不好,；或者向所有信息結(jié)點廣播，消耗大量帶寬,，不利于系統(tǒng)的擴展,。在ASRDM中,，基于上述P2P網(wǎng)絡(luò)各結(jié)點間的語義聯(lián)系，構(gòu)建一個語義覆蓋網(wǎng)絡(luò)SON,。根據(jù)各結(jié)點的能力描述,，SON將提供類似主題的結(jié)點進行聚集，以縮小請求轉(zhuǎn)發(fā)空間,。
??? ASRDM借鑒內(nèi)容可尋址網(wǎng)絡(luò)CAN的思想構(gòu)建SON,，模擬一個虛擬的d維笛卡爾空間，動態(tài)地將這個d維笛卡爾空間分成多個區(qū)（zone）,，給每個結(jié)點分配一個區(qū),。結(jié)點知識的索引由一個哈希函數(shù)生成，表示為二元組
2.2.3 基于移動代理的資源請求的轉(zhuǎn)發(fā)
??? 每個索引結(jié)點有自己的代理管理模塊,，負(fù)責(zé)移動代理的生成和派發(fā),。基于移動代理的資源管理策略不但可以優(yōu)化資源管理,，而且可以科學(xué)地解決資源沖突,、擁塞、網(wǎng)絡(luò)時延,、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等,。
當(dāng)組織內(nèi)部的某資源請求需要在更廣泛的領(lǐng)域進行轉(zhuǎn)發(fā)時，由該結(jié)點向鄰居結(jié)點派發(fā)一組移動代理,， SON決定了其鄰居結(jié)點,。SON中的鄰居定義為具有相似主題的兩個結(jié)點，結(jié)點之間的距離越近,，語義相似度越高,。每個資源請求也被映射到語義空間的某個點，將請求的轉(zhuǎn)發(fā)鎖定在該點周圍一個小范圍內(nèi),。每個代理將資源請求和其他結(jié)點本體進行比較,，實現(xiàn)資源的語義匹配。完成匹配任務(wù)后，移動代理將結(jié)果返回給發(fā)出請求的結(jié)點,。
3? ASRDM的特點
??? ASRDM與傳統(tǒng)資源發(fā)現(xiàn)方式相比具有以下特點：(1)改變了以往基于關(guān)鍵詞搜索的方式,，實現(xiàn)了基于語義的資源發(fā)現(xiàn)；(2)采取集中式和分布式P2P相結(jié)合的資源發(fā)現(xiàn)模式,，有利于系統(tǒng)的擴展,，提高了資源發(fā)現(xiàn)的效率；(3)結(jié)合代理技術(shù),，實現(xiàn)了資源發(fā)現(xiàn)的自治性和智能性,；(4)在組織間基于SON進行資源請求的轉(zhuǎn)發(fā)，縮小了搜索空間,，同時各結(jié)點間可以動態(tài)地進行語義聚合,。
4? 結(jié)束語
??? 網(wǎng)格資源的復(fù)雜性使得以往傳統(tǒng)式的資源發(fā)現(xiàn)機制已不能滿足要求。本文針對以往資源發(fā)現(xiàn)機制的問題,，利用代理技術(shù)以及語義本體論的理論和技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)格資源的語義發(fā)現(xiàn),，提出了網(wǎng)格環(huán)境中一種基于代理的語義資源發(fā)現(xiàn)模型ASRDM。ASRDM目前尚屬于探索性研究階段,，還存在許多不夠成熟和需要進一步解決,、完善的問題，如建立完善的包含多種物理資源和抽象服務(wù)的本體庫,，擴展匹配能力以支持更復(fù)雜的語義匹配等。
參考文獻
1?? Tangmunarunkit H,，Decker S,，Kesselman C.Ontologybased ResourceMatching in the Grid-The Grid meets the Semantic Web.In：Proc.of the 2nd International Seman- tic Web Conference.Sanibel Island，F(xiàn)lorida,，USA,，2003
2?? Alliance G.GT Information Services：Monitoring & Discovery System(MDS).http：//www.globus.org/mds，2005
3?? William S,，Austin T.Ontologies.IEEE Intelligent Systems,，1999；(1)
4?? Foster I,，Kesselman C.brain-meets-brawn-why Grid and Agents Need Each Other.AAMAS,，2004；(7)
5?? Ratnasamy S,，F(xiàn)rancis P,，Handley M et al.A scalable content addressable network.In：Proc of ACM SIGCOMM 2001，San Diego,，California,，USA，2001
6?? 韓光法,，王汝傳,，徐小龍.網(wǎng)格計算環(huán)境下基于移動代理資源管理模型的研究.光電技術(shù)應(yīng)用,，2003；(5)