摘   要： 本文提出了一種網格環境中基于代理的語義資源發現模型，結合代理技術和P2P網絡技術，實現語義上的資源發現。
關鍵詞： 網格  資源發現  本體  代理  P2P

　　網格技術用于實現廣泛的分布資源共享和協同工作。網格中潛在著巨大數量的資源和用戶以及具有資源的異構性、動態性和自治性等特點，這使得資源發現頗具挑戰性。如何高效準確地發現網格資源已成為網格研究中的一個重要問題。目前已有的網格資源發現方式大都是基于句法、集中式的匹配。這種方式沒有對其語義進行解析，不能根據資源的能力發現資源。而且網格系統中的資源規模巨大，如果采用集中式信息管理方式，在某一個或某幾個結點維護整個系統的信息是不現實的，資源的動態更新、系統的擴展等也成為問題。
　　目前，基于本體的資源發現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。本文提出了一種網格環境下基于代理的語義資源發現模型(ASRDM)，它使用本體來實現請求者和資源的語義描述。為維護各組織內的資源管理自治性，在組織內部采取集中式資源發現模式；在系統各組織之間采取基于P2P的分布式資源發現模式。
1  典型的網格資源發現方式
　　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。它將資源和用戶請求間的匹配過程和建立聯系過程分開。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系，也可以進行進一步的協商。這種資源發現方式缺乏靈活性，并且集中式的資源組織模式會成為系統擴展的瓶頸。
　　Globus MDS是Globus Toolkit提供的信息服務組件，它提供網格資源的信息和狀態。MDS包含網格資源信息服務GRIS（Grid Resource Information Service）和網格索引信息服務GIIS（Grid Index Information Service）。MDS實現了基于LDAP的樹狀元數據目錄服務，實體描述為屬性/值對。每個組織內通常都有一個集中的索引服務，組織規模比較大時，需要形成樹狀層次結構。這種發現機制的缺點為：(1)被動更新。如果查詢近期沒有執行，則GIIS服務器必須更新它的LDAP registry。因為GIIS不能主動得知機器以及服務的當前狀態。(2)非分布式管理。GIIS服務器要聯系所有注冊的主機檢查當前狀態。顯然，這種操作是不可伸縮的。
　　OMM的主要思想是利用語義網技術RDF(資源描述框架，本體，規則）進行網格資源匹配。本體是用于描述或表達某一領域知識的一組概念或術語，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域的知識；本體通過知識表示元語捕獲某個領域的語義，使得機器能夠（部分）理解該領域中概念間的關系，通過公理或規則還可以捕獲其他知識，如領域背景知識等。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)匹配規則。定義資源和請求相匹配的規則。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現模型
2.1 組織內集中式資源發現模式
2.1.1 基于代理的集中式資源發現模式
　　網格中各組織內部有著不同的資源管理策略。例如在哪個時間段，內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一的管理策略，也利于提高本地資源發現的效率。資源發現模式如圖1所示。

2.1.2 集中式資源發現模式中的各代理
　　代理是一種復雜的計算機程序,采取自治的行為，協同應用與環境交互，完成給定的目標。代理技術是適應網絡平臺的一種新型軟件技術，為網格計算思想的實現提供了一種有力的手段。
組織內用戶、資源以及匹配服務等都有專門的代理，代理間協作處理用戶的請求，使得系統功能可以方便地進行動態重組。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能力。各代理功能如下：
　　(1)用戶代理：用戶進入系統的智能接口。它使用系統的通用域模型（本體）來幫助用戶規范查詢和輸出結果。
　　(2)本體代理：提供有關本體的信息并回答有關本體的查詢。
　　(3)資源代理：提供本體和本地數據方案與語言間的映射，執行對于資源的具體請求，對外公布資源的服務能力。
　　(4)匹配代理：接受并存儲組織內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聽查詢或者公布信息。每個代理都要基于組織內的域模型（本體）向匹配代理公布其地址和服務能力。
2.1.3 組織內資源發現過程
　　在ASRDM組織內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前合適的資源代理。如果匹配代理在組織內發現了資源，則直接將結果返回給用戶代理；如果組織內沒有合適的資源，則向其他組織的匹配代理發出請求，在更廣泛的范圍進行資源查找。
由于網絡資源具有動態性，所以不同時間返回的結果不同。用戶代理根據返回結果，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換為本地模式，并將結果返給用戶代理，用戶代理通過瀏覽器將結果返給用戶。
　　考慮到單點失效的問題，可以有一個冗余匹配結點作為備份。
2.2 組織間基于移動代理的分布式資源發現模式
　　與組織內部資源相比，網格這個大環境中的資源數量巨大，資源的變化更加不可預測。集中式的資源發現模式已經不適用，需要一種扁平的、分布式的、自組織的體系結構。P2P系統和網格具有很多共同特性，如動態性、廣域環境以及異構性等。P2P系統具有自適應、自組織性和容錯等特性，使用P2P協議能夠提高網格系統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 結點本體
　　每個組織作為這個P2P網絡上的一個結點，都有自己的對外索引結點（即匹配結點）。結點本體（peer ontology，即上述的Local ontology）包括兩部分：(1)結點能力描述：結點自身及其所提供資源的元信息、鄰居結點信息等，如結點ID、資源ID 及類型、鄰居結點的IP地址等；(2)結點的域模型。
2.2.2 語義覆蓋網SON的建立
　　傳統的P2P資源發現定位方法，或者需要大的目錄服務器的支持，系統的健壯性不好；或者向所有信息結點廣播，消耗大量帶寬，不利于系統的擴展。在ASRDM中，基于上述P2P網絡各結點間的語義聯系，構建一個語義覆蓋網絡SON。根據各結點的能力描述，SON將提供類似主題的結點進行聚集，以縮小請求轉發空間。
　　ASRDM借鑒內容可尋址網絡CAN的思想構建SON，模擬一個虛擬的d維笛卡爾空間，動態地將這個d維笛卡爾空間分成多個區（zone），給每個結點分配一個區。結點知識的索引由一個哈希函數生成，表示為二元組<key，value>，由每個結點本體的語義向量作為key，它被映射到坐標空間的某個點P，這樣擁有P點所在的那個區的結點將存儲對應的二元組<key，value>。資源定位時，就可以使用同一哈希函數將key映射到點P，然后從點P獲取相應值。
2.2.3 基于移動代理的資源請求的轉發
　　每個索引結點有自己的代理管理模塊，負責移動代理的生成和派發。基于移動代理的資源管理策略不但可以優化資源管理，而且可以科學地解決資源沖突、擁塞、網絡時延、降低網絡負載等。
當組織內部的某資源請求需要在更廣泛的領域進行轉發時，由該結點向鄰居結點派發一組移動代理， SON決定了其鄰居結點。SON中的鄰居定義為具有相似主題的兩個結點，結點之間的距離越近，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，將請求的轉發鎖定在該點周圍一個小范圍內。每個代理將資源請求和其他結點本體進行比較，實現資源的語義匹配。完成匹配任務后，移動代理將結果返回給發出請求的結點。
3  ASRDM的特點
　　ASRDM與傳統資源發現方式相比具有以下特點：(1)改變了以往基于關鍵詞搜索的方式，實現了基于語義的資源發現；(2)采取集中式和分布式P2P相結合的資源發現模式，有利于系統的擴展，提高了資源發現的效率；(3)結合代理技術，實現了資源發現的自治性和智能性；(4)在組織間基于SON進行資源請求的轉發，縮小了搜索空間，同時各結點間可以動態地進行語義聚合。
4  結束語
　　網格資源的復雜性使得以往傳統式的資源發現機制已不能滿足要求。本文針對以往資源發現機制的問題，利用代理技術以及語義本體論的理論和技術實現網格資源的語義發現，提出了網格環境中一種基于代理的語義資源發現模型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的本體庫，擴展匹配能力以支持更復雜的語義匹配等。
參考文獻
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