基于移動(dòng)Agent的地理信息服務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曹振宇，楊 軍，甘 泉，劉建川

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430079;2.四川省基礎(chǔ)地理信息中心，四川成都610041)

基于移動(dòng)Agent的地理信息服務(wù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

曹振宇1，2，楊 軍2，甘 泉2，劉建川2

(1.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430079;2.四川省基礎(chǔ)地理信息中心，四川成都610041)

首先從提升基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)地理信息服務(wù)能力的角度，引入移動(dòng)Agent技術(shù)，并設(shè)計(jì)了基于移動(dòng)Agent的地理信息服務(wù)模型;然后，以庫(kù)容計(jì)算為例，在.NET平臺(tái)下研究基于移動(dòng)Agent的地理信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程;最后，對(duì)在基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)上發(fā)布基于移動(dòng)Agent的地理信息服務(wù)提出展望。

移動(dòng)Agent;地理信息服務(wù);.NET平臺(tái)

一、引 言

測(cè)繪的發(fā)展正經(jīng)歷一場(chǎng)由地圖生產(chǎn)為主轉(zhuǎn)向以地理信息服務(wù)為主的變革［1］?？梢哉f(shuō)地理信息服務(wù)為測(cè)繪成果應(yīng)用開(kāi)辟了新途徑。測(cè)繪部門(mén)不再僅僅是地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和管理者，而應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)榈乩硇畔⒎?wù)的提供者和維護(hù)者。近年來(lái)，國(guó)家、省、市級(jí)公眾版基礎(chǔ)地理信息公共平臺(tái)陸續(xù)上線，開(kāi)始為政府、企業(yè)和公眾提供地理信息服務(wù)。這些基礎(chǔ)地理信息公共平臺(tái)主要提供的地理信息服務(wù)是二維和三維地圖瀏覽、地名搜索定位、距離和面積量算、駕車(chē)路徑規(guī)劃等。有些平臺(tái)還為專(zhuān)業(yè)用戶(hù)提供API調(diào)用地理信息服務(wù)以便其搭建自己的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)外開(kāi)展地理信息服務(wù)研究與應(yīng)用比較多，主要集中在基于Web Services和網(wǎng)格的地理信息服務(wù)方面。楊崇俊從網(wǎng)格和Web Services結(jié)合的角度，提出了計(jì)算環(huán)境和數(shù)據(jù)環(huán)境結(jié)合實(shí)現(xiàn)地理信息服務(wù)的途徑［2］;王家耀指出網(wǎng)格服務(wù)為實(shí)現(xiàn)信息資源共享和協(xié)同解決問(wèn)題提供了新的機(jī)遇和技術(shù)途徑，并分析了Web Services和Grid Service間的相互聯(lián)系和區(qū)別［3］。Comito基于網(wǎng)格技術(shù)建立面向服務(wù)分布式空間數(shù)據(jù)查詢(xún)系統(tǒng)［4］。而在地理信息公共服務(wù)平臺(tái)建設(shè)研究方面的文獻(xiàn)可以看出其地理信息服務(wù)主要是基于Web Services技術(shù)，并且是在基于面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)下，遵循OGC服務(wù)規(guī)范來(lái)實(shí)現(xiàn)的［5-7］。

由于基于Web Services地理信息服務(wù)存在著數(shù)據(jù)和功能相對(duì)綁定、處理功能相對(duì)簡(jiǎn)單等不足，從而導(dǎo)致目前在線的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供的地理處理功能服務(wù)簡(jiǎn)單，不能按用戶(hù)需要提供動(dòng)態(tài)地理信息服務(wù)。本文研究在基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建的基礎(chǔ)上，引入移動(dòng) Agent(mobile agent，MA)技術(shù)，建立支持分布異構(gòu)地理信息服務(wù)環(huán)境，在數(shù)據(jù)資源、計(jì)算資源共享的層次上提供地理信息服務(wù)，并整合數(shù)據(jù)服務(wù)提供方、計(jì)算服務(wù)提供方和用戶(hù)之間的關(guān)系。

二、基于MA的地理信息服務(wù)

Agent起源于人工智能領(lǐng)域，是能代表用戶(hù)完成指定任務(wù)的軟件實(shí)體，它的基本特性有自治性、反應(yīng)性、主動(dòng)性和環(huán)境適應(yīng)性。而MA除了具有上述基本特性外，另一個(gè)重要特性就是可以在它的宿主主機(jī)間相互遷移。將MA技術(shù)引入到地理信息服務(wù)領(lǐng)域，使MA成為地理信息服務(wù)的載體，具有強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)［8-9］。

1)提升數(shù)據(jù)安全，減少地理信息服務(wù)中的數(shù)據(jù)傳輸量。MA的本質(zhì)是將計(jì)算移動(dòng)到數(shù)據(jù)端，直接在數(shù)據(jù)端進(jìn)行本地處理，只返回最終結(jié)果，從而避免了大量中間數(shù)據(jù)在通信兩端的傳輸。

2)提升地理信息服務(wù)質(zhì)量。因?yàn)镸A支持離線計(jì)算，當(dāng)派出 Agent之后，可以斷開(kāi)網(wǎng)絡(luò)連接，Agent會(huì)在網(wǎng)絡(luò)上自主地運(yùn)行，當(dāng)Agent完成任務(wù)之后，會(huì)將結(jié)果反饋給用戶(hù)，而復(fù)雜的GIS功能計(jì)算往往需要很長(zhǎng)的時(shí)間消耗。正是因?yàn)橛?jì)算過(guò)程可以是離線計(jì)算，因此可以避免網(wǎng)絡(luò)故障而導(dǎo)致的服務(wù)失敗，從而提高了服務(wù)的穩(wěn)健性。

3)具有動(dòng)態(tài)適應(yīng)性。MA能和其運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行交互，感知環(huán)境的變化，并自主地、快速地作出反應(yīng)，使整個(gè)系統(tǒng)始終保持在最優(yōu)狀態(tài)。

4)提供個(gè)性化地理信息服務(wù)。使用MA技術(shù)，用戶(hù)可以根據(jù)服務(wù)器端提供的API編寫(xiě)滿(mǎn)足自己特定需要的Agent，然后發(fā)送到相應(yīng)的環(huán)境中運(yùn)行，利用MAE數(shù)據(jù)資源和計(jì)算資源提供地理信息服務(wù)。這種方式可以有效地增加服務(wù)器功能的伸縮性。

國(guó)內(nèi)利用MA技術(shù)實(shí)現(xiàn)地理信息服務(wù)的研究比較多，如李琦提出了基于空間智能體GeoAgent的地理信息服務(wù)模式［8］，該模式能夠充分利用空間智能體GeoAgent的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì);方志祥、李清泉研究了基于MA的地理信息服務(wù)及其模型，并對(duì)MA地理信息服務(wù)潛在的領(lǐng)域進(jìn)行了探討［9］。

本文研究的重點(diǎn)是從地理信息服務(wù)提供者的角度，研究了MA地理信息服務(wù)模型，設(shè)計(jì)了基于MA的地理信息服務(wù)框架，并利用.NET遠(yuǎn)程對(duì)象和反射技術(shù)開(kāi)發(fā)了基于MA的地理信息服務(wù)原型系統(tǒng)。最后對(duì)在地理信息公共服務(wù)平臺(tái)上發(fā)布基于MA的地理信息服務(wù)提出了展望。

三、基于MA的地理信息服務(wù)模型

1.基于MA的地理信息服務(wù)模型

MA是一種新型的分布式計(jì)算技術(shù)。作為一個(gè)能完成特定任務(wù)的軟件實(shí)體，MA的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示，MA在網(wǎng)絡(luò)中必須駐留在宿主系統(tǒng)中，并根據(jù)任務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中自由移動(dòng)，選擇相應(yīng)的服務(wù)器主機(jī)完成計(jì)算任務(wù)。

圖1 MA及其相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境

一個(gè)基于MA的地理信息服務(wù)系統(tǒng)由MA、移動(dòng)Agent的宿主(mobile agent host，MAH)、移動(dòng)Agent環(huán)境(mobile agent environments，MAE)和移動(dòng)Agent管理中心(mobile agent manager，MAM)等幾個(gè)部分構(gòu)成。MAM負(fù)責(zé)MA和MAE資源的管理，其服務(wù)過(guò)程模型如圖2所示。用戶(hù)向MA管理中心提出服務(wù)請(qǐng)求，MA管理中心在MA和MAE資源列表的基礎(chǔ)上進(jìn)行任務(wù)求解，選擇組織MA，并將MA派遣到相應(yīng)的MAE中計(jì)算，得到結(jié)果后返回給用戶(hù)。

圖2 基于MA的地理信息服務(wù)模型

2.基于MA地理信息服務(wù)框架體系設(shè)計(jì)

根據(jù)基于MA的地理信息服務(wù)模型，筆者設(shè)計(jì)了基于MA的地理信息服務(wù)框架，框架包括3個(gè)部分，如圖3所示。

1)MAM。MAM由MA目錄管理模塊、MA地址管理模塊、MA通信管理模塊、MA安全管理模塊和MA支撐環(huán)境管理模塊構(gòu)成。MA目錄管理模塊負(fù)責(zé)MA功能和描述性信息的發(fā)布和管理;MA通信管理模塊負(fù)責(zé)MA通信管理，如通信協(xié)議和通信通道管理;MA地址管理主要管理MA駐留的宿主在網(wǎng)絡(luò)中的位置;MA安全管理模塊負(fù)責(zé)服務(wù)過(guò)程中安全策略的管理;MA支撐環(huán)境管理模塊負(fù)責(zé)MA數(shù)據(jù)環(huán)境和軟、硬件環(huán)境的管理。

2)MA及MAH系統(tǒng)。MA由計(jì)算服務(wù)提供方提供，在網(wǎng)絡(luò)上任意節(jié)點(diǎn)間移動(dòng)。MA的功能、運(yùn)行環(huán)境、通信等描述性信息在MAM注冊(cè)和發(fā)布。

3)(MAE)系統(tǒng)。MAE是MA運(yùn)行的支撐環(huán)境，包括數(shù)據(jù)環(huán)境、軟件環(huán)境和硬件環(huán)境，相關(guān)信息在MAM中注冊(cè)和發(fā)布。

圖3 基于MA的地理信息服務(wù)框架體系

3.Agent實(shí)現(xiàn)

MA已經(jīng)從理論走入應(yīng)用，可以選擇基于傳統(tǒng)的解釋性語(yǔ)言、基于Java語(yǔ)言或者CORBA平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有的比較典型的商業(yè)Agent開(kāi)發(fā)環(huán)境有General Magic公司的Odysses、IBM公司的Aglet和Recursion公司的Voyager。但由于這幾種商業(yè)開(kāi)發(fā)環(huán)境和主流開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的兼容性問(wèn)題制約了它們的普及和發(fā)展。MA系統(tǒng)開(kāi)發(fā)面臨著通信建立、代碼移動(dòng)、程序集加載運(yùn)行等主要難題，而微軟.NET平臺(tái)中的Remoting和反射技術(shù)，則為系統(tǒng)開(kāi)發(fā)提供了很好的環(huán)境支撐，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)過(guò)程。本文選擇.NET平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基于MA的地理信息服務(wù)，利用.NET提供的反射機(jī)制和通信機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了基于反射機(jī)制的MA在新的運(yùn)行環(huán)境中的重構(gòu)，即實(shí)現(xiàn)了Agent在不同主機(jī)間的遷移，從而完成基于MA的地理信息服務(wù)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。

本文參照微軟MSDN中給出的MA系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)了基于MA的地理信息服務(wù)系統(tǒng)［10］。系統(tǒng)主要包括MA基類(lèi)、AgentHost類(lèi)。MA類(lèi)作為所有MA的基類(lèi)定義成一個(gè)抽象類(lèi)，它包含Run和Move兩個(gè)方法，能實(shí)現(xiàn)移動(dòng)MA的移動(dòng)和工作。具體的MA子類(lèi)繼承MA基類(lèi)，并完善基類(lèi)中Run方法。以庫(kù)容計(jì)算為例，MA基類(lèi)和MA子類(lèi)的關(guān)系如圖4所示，類(lèi) GISAgent為 MA基類(lèi)，GISAgent_ CalStorageCapacity為庫(kù)容計(jì)算子類(lèi)。工作時(shí)MA子類(lèi)先調(diào)用Move方法遷移到目標(biāo)主機(jī)，然后調(diào)用Run方法完成庫(kù)容計(jì)算工作。

圖4 MA類(lèi)設(shè)計(jì)圖

而AgentHost類(lèi)作為MA接待類(lèi)，包含一個(gè)Host-Agent方法，以實(shí)現(xiàn)主機(jī)間的通信和遠(yuǎn)程對(duì)象的調(diào)用。

本文在以上類(lèi)庫(kù)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)原型系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了庫(kù)容計(jì)算地理信息服務(wù)，用戶(hù)界面如圖5所示。

圖5 基于MA庫(kù)容計(jì)算服務(wù)界面

四、結(jié)束語(yǔ)

本文討論了基于MA地理信息服務(wù)的優(yōu)勢(shì)，在.NET平臺(tái)下設(shè)計(jì)了基于MA的地理信息服務(wù)模型，并以庫(kù)容計(jì)算為例，實(shí)現(xiàn)了基于MA的地理信息服務(wù)。試驗(yàn)表明，在.NET平臺(tái)下開(kāi)發(fā)的基于MA的地理信息服務(wù)能實(shí)現(xiàn)MA的遷移和工作，在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬、突破數(shù)據(jù)遷移限制等情況下實(shí)現(xiàn)了地理信息服務(wù)，從而提高了地理信息服務(wù)能力。

本文研究的主要目的是提出一個(gè)基于MA的地理信息服務(wù)框架，整合數(shù)據(jù)服務(wù)提供方、計(jì)算服務(wù)提供方和用戶(hù)之間的關(guān)系，創(chuàng)新地理信息服務(wù)的模式，提升省級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)服務(wù)水平。用戶(hù)、數(shù)據(jù)提供方、計(jì)算提供方(MA提供方)都可以將本身資源在省級(jí)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)上注冊(cè)。用戶(hù)在登錄后，既是地理信息服務(wù)的接受方，同時(shí)作為基于MA的地理信息服務(wù)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，又可以容許MA遷移到自身進(jìn)行訪問(wèn)，轉(zhuǎn)而作為數(shù)據(jù)資源和計(jì)算資源的提供方。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和人工智能技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，基于MA的地理信息服務(wù)必將進(jìn)一步整合數(shù)據(jù)服務(wù)提供方、計(jì)算服務(wù)提供方和用戶(hù)資源之間的關(guān)系，具有很大的商業(yè)價(jià)值和應(yīng)用前景。

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Design and Implementation of Mobile Agent Based Geographic Information Service

CAO Zhenyu，YANG Jun，GAN Quan，LIU Jianchuan

0494-0911(2012)08-0018-03

P208

B

2012-02-02

曹振宇(1978—)，男，湖南岳陽(yáng)人，高級(jí)工程師，博士生，主要從事地理信息服務(wù)、多維地理信息數(shù)據(jù)模型方面的研究工作。