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(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，在某一個或某幾個結(jié)點維護(hù)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(kuò)展等也成為問題。
　　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(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(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(jī)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(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(jī)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(dá)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(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(jìn)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(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(jìn)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?；诜祷氐恼埱笥蚰Ｐ?，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(jìn)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(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(kuò)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(jìn)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<key，value>，由每個結(jié)點本體的語義向量作為key，它被映射到坐標(biāo)空間的某個點P，這樣擁有P點所在的那個區(qū)的結(jié)點將存儲對應(yīng)的二元組<key，value>。資源定位時，就可以使用同一哈希函數(shù)將key映射到點P，然后從點P獲取相應(yīng)值。
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)?；谝苿哟淼馁Y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(jìn)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(jìn)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(kuò)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(jìn)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(jìn)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(jī)制已不能滿足要求。本文針對以往資源發(fā)現(xiàn)機(jī)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(jìn)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(kuò)展匹配能力以支持更復(fù)雜的語義匹配等。
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