摘   要： 本文提出了一種網(wǎng)格環(huán)境中基于代理的語(yǔ)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(shí)現(xiàn)語(yǔ)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(shí)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(dòng)態(tài)性和自治性等特點(diǎn)，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(gè)重要問(wèn)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(duì)其語(yǔ)義進(jìn)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(gè)或某幾個(gè)結(jié)點(diǎn)維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的信息是不現(xiàn)實(shí)的，資源的動(dòng)態(tài)更新、系統(tǒng)的擴(kuò)展等也成為問(wèn)題。
　　目前，基于本體的資源發(fā)現(xiàn)機(jī)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(yǔ)義資源發(fā)現(xiàn)模型(ASRDM)，它使用本體來(lái)實(shí)現(xiàn)請(qǐng)求者和資源的語(yǔ)義描述。為維護(hù)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(jìn)行匹配的資源共享系統(tǒng)。它將資源和用戶請(qǐng)求間的匹配過(guò)程和建立聯(lián)系過(guò)程分開(kāi)。請(qǐng)求者和提供者按照分類廣告（ClassAds）公開(kāi)其各自的特點(diǎn)和請(qǐng)求。匹配服務(wù)將滿足條件的請(qǐng)求和用戶進(jìn)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(jìn)行進(jìn)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(huì)成為系統(tǒng)擴(kuò)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(shí)現(xiàn)了基于LDAP的樹(shù)狀元數(shù)據(jù)目錄服務(wù)，實(shí)體描述為屬性/值對(duì)。每個(gè)組織內(nèi)通常都有一個(gè)集中的索引服務(wù)，組織規(guī)模比較大時(shí)，需要形成樹(shù)狀層次結(jié)構(gòu)。這種發(fā)現(xiàn)機(jī)制的缺點(diǎn)為：(1)被動(dòng)更新。如果查詢近期沒(méi)有執(zhí)行，則GIIS服務(wù)器必須更新它的LDAP registry。因?yàn)镚IIS不能主動(dòng)得知機(jī)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(cè)的主機(jī)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(yǔ)義網(wǎng)技術(shù)RDF(資源描述框架，本體，規(guī)則）進(jìn)行網(wǎng)格資源匹配。本體是用于描述或表達(dá)某一領(lǐng)域知識(shí)的一組概念或術(shù)語(yǔ)，可用于組織知識(shí)庫(kù)中較高層次的知識(shí)抽象，也可用于描述特定領(lǐng)域的知識(shí)；本體通過(guò)知識(shí)表示元語(yǔ)捕獲某個(gè)領(lǐng)域的語(yǔ)義，使得機(jī)器能夠（部分）理解該領(lǐng)域中概念間的關(guān)系，通過(guò)公理或規(guī)則還可以捕獲其他知識(shí)，如領(lǐng)域背景知識(shí)等。OMM包括三部分：(1)本體。記錄域模型及詞匯，以表達(dá)資源公布和任務(wù)請(qǐng)求。(2)域背景知識(shí)。記載本體中沒(méi)有捕獲的域的其他知識(shí)。(3)匹配規(guī)則。定義資源和請(qǐng)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(yǔ)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(gè)時(shí)間段，內(nèi)部資源對(duì)于組織外的用戶是可共享的，哪些用戶可以訪問(wèn)內(nèi)部資源等。每個(gè)組織需要擁有對(duì)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(duì)其資源實(shí)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(jì)算機(jī)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(tái)的一種新型軟件技術(shù)，為網(wǎng)格計(jì)算思想的實(shí)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(mén)的代理，代理間協(xié)作處理用戶的請(qǐng)求，使得系統(tǒng)功能可以方便地進(jìn)行動(dòng)態(tài)重組。例如，添加一個(gè)新的資源僅僅只需要添加一個(gè)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(jìn)入系統(tǒng)的智能接口。它使用系統(tǒng)的通用域模型（本體）來(lái)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?cái)?shù)據(jù)方案與語(yǔ)言間的映射，執(zhí)行對(duì)于資源的具體請(qǐng)求，對(duì)外公布資源的服務(wù)能力。
　　(4)匹配代理：接受并存儲(chǔ)組織內(nèi)所有代理的公告信息，對(duì)資源請(qǐng)求做出回答。匹配代理使用一個(gè)公開(kāi)的地址監(jiān)聽(tīng)查詢或者公布信息。每個(gè)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(guò)程
　　在ASRDM組織內(nèi)用戶通過(guò)瀏覽器和它的用戶代理進(jìn)行交互。用戶提交一個(gè)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(qǐng)求的本體?；诜祷氐恼?qǐng)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(méi)有合適的資源，則向其他組織的匹配代理發(fā)出請(qǐng)求，在更廣泛的范圍進(jìn)行資源查找。
由于網(wǎng)絡(luò)資源具有動(dòng)態(tài)性，所以不同時(shí)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(gè)資源代理將基于本體的請(qǐng)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(guò)瀏覽器將結(jié)果返給用戶。
　　考慮到單點(diǎn)失效的問(wèn)題，可以有一個(gè)冗余匹配結(jié)點(diǎn)作為備份。
2.2 組織間基于移動(dòng)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(gè)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(cè)。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(dòng)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(cuò)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(kuò)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(diǎn)本體
　　每個(gè)組織作為這個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)上的一個(gè)結(jié)點(diǎn)，都有自己的對(duì)外索引結(jié)點(diǎn)（即匹配結(jié)點(diǎn)）。結(jié)點(diǎn)本體（peer ontology，即上述的Local ontology）包括兩部分：(1)結(jié)點(diǎn)能力描述：結(jié)點(diǎn)自身及其所提供資源的元信息、鄰居結(jié)點(diǎn)信息等，如結(jié)點(diǎn)ID、資源ID 及類型、鄰居結(jié)點(diǎn)的IP地址等；(2)結(jié)點(diǎn)的域模型。
2.2.2 語(yǔ)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(diǎn)廣播，消耗大量帶寬，不利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。在ASRDM中，基于上述P2P網(wǎng)絡(luò)各結(jié)點(diǎn)間的語(yǔ)義聯(lián)系，構(gòu)建一個(gè)語(yǔ)義覆蓋網(wǎng)絡(luò)SON。根據(jù)各結(jié)點(diǎn)的能力描述，SON將提供類似主題的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行聚集，以縮小請(qǐng)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(gè)虛擬的d維笛卡爾空間，動(dòng)態(tài)地將這個(gè)d維笛卡爾空間分成多個(gè)區(qū)（zone），給每個(gè)結(jié)點(diǎn)分配一個(gè)區(qū)。結(jié)點(diǎn)知識(shí)的索引由一個(gè)哈希函數(shù)生成，表示為二元組<key，value>，由每個(gè)結(jié)點(diǎn)本體的語(yǔ)義向量作為key，它被映射到坐標(biāo)空間的某個(gè)點(diǎn)P，這樣擁有P點(diǎn)所在的那個(gè)區(qū)的結(jié)點(diǎn)將存儲(chǔ)對(duì)應(yīng)的二元組<key，value>。資源定位時(shí)，就可以使用同一哈希函數(shù)將key映射到點(diǎn)P，然后從點(diǎn)P獲取相應(yīng)值。
2.2.3 基于移動(dòng)代理的資源請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)
　　每個(gè)索引結(jié)點(diǎn)有自己的代理管理模塊，負(fù)責(zé)移動(dòng)代理的生成和派發(fā)。基于移動(dòng)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(shí)延、降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)載等。
當(dāng)組織內(nèi)部的某資源請(qǐng)求需要在更廣泛的領(lǐng)域進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，由該結(jié)點(diǎn)向鄰居結(jié)點(diǎn)派發(fā)一組移動(dòng)代理， SON決定了其鄰居結(jié)點(diǎn)。SON中的鄰居定義為具有相似主題的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)之間的距離越近，語(yǔ)義相似度越高。每個(gè)資源請(qǐng)求也被映射到語(yǔ)義空間的某個(gè)點(diǎn)，將請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)鎖定在該點(diǎn)周圍一個(gè)小范圍內(nèi)。每個(gè)代理將資源請(qǐng)求和其他結(jié)點(diǎn)本體進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)資源的語(yǔ)義匹配。完成匹配任務(wù)后，移動(dòng)代理將結(jié)果返回給發(fā)出請(qǐng)求的結(jié)點(diǎn)。
3  ASRDM的特點(diǎn)
　　ASRDM與傳統(tǒng)資源發(fā)現(xiàn)方式相比具有以下特點(diǎn)：(1)改變了以往基于關(guān)鍵詞搜索的方式，實(shí)現(xiàn)了基于語(yǔ)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(kuò)展，提高了資源發(fā)現(xiàn)的效率；(3)結(jié)合代理技術(shù)，實(shí)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(jìn)行資源請(qǐng)求的轉(zhuǎn)發(fā)，縮小了搜索空間，同時(shí)各結(jié)點(diǎn)間可以動(dòng)態(tài)地進(jìn)行語(yǔ)義聚合。
4  結(jié)束語(yǔ)
　　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(jī)制已不能滿足要求。本文針對(duì)以往資源發(fā)現(xiàn)機(jī)制的問(wèn)題，利用代理技術(shù)以及語(yǔ)義本體論的理論和技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格資源的語(yǔ)義發(fā)現(xiàn)，提出了網(wǎng)格環(huán)境中一種基于代理的語(yǔ)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(jìn)一步解決、完善的問(wèn)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(kù)，擴(kuò)展匹配能力以支持更復(fù)雜的語(yǔ)義匹配等。
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