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基于Agent的网格工作流技术研究

曹雷  
【摘要】: 随着网格研究的深入和网格基础设施的发展,在网格上开发了越来越多的功能强大、需要大量资源的科学计算和协同应用,很多网格应用也越来越复杂,具有时间、空间和资源等多种约束。网格工作流可以方便地构建、执行、管理和监控网格应用,使得网格应用能够自动实施并且效率较高。由于网格的动态性、分布性、异构性和自治性导致传统工作流的一些方法和技术不能有效地处理网格环境中的有关问题。基于“上海信息网格”这一应用背景,本文结合Agent技术对网格工作流的体系结构、模型构建、优化处理和映射机制进行了研究,主要内容如下: 1.网格工作流的体系结构。给出了四层架构:用户层、引擎层、Agent层和应用代理层,其中包含了分布式工作流执行系统、组件化建模环境、工作流控制台、多Agent系统支撑平台和外部应用代理中间件等功能组件。在传统工作流体系结构中融入了多Agent系统支撑平台,整个系统框架符合WfMC(Workflow Management Coalition)和GCC规范,具有开放性和可扩展性。重点讨论了外部应用代理中间件和多Agent系统支撑平台,前者便于系统对各种异构的外部应用的调用,而后者则为系统运行提供了强健支持。还简单介绍了现有系统对容错问题的考虑。 2.网格工作流的模型构建。基于系统中的多Agent支撑平台,采用人工智能的规划技术(Planning technology),提出了Plan生成算法和Plan合并算法,帮助解决了复杂工作流模型的自动构建问题。通过对示例“国内会议的在线会务安排”的分析,进一步说明了基于规划技术的网格工作流模型自动构建方法的可行性和优越性。 3.网格工作流的优化处理。基于系统中的多Agent支撑平台,采用遗传算法,解决了网格工作流中的服务选择问题,从而实现网格工作流的优化。给出了遗传算法模块的详细说明,并针对示例“旅行安排”的优化要求进行了仿真分析,实验结果表明了采用遗传算法可以快速有效地得到全局近似最优解,同时也证明了遗传算法在服务选择领域中的可用性和有效性。本文讨论的是基于代价驱动的Web服务选择,实际上只需对其进行简单地扩展就可以实现多目标驱动的网格工作流优化。 4.网格工作流的映射机制。网格环境的动态本质决定了用户更适于采用抽象模型来定义工作流应用。基于系统中的多Agent支撑平台,给出了抽象工作流、具体工作流和可执行工作流的定义,并说明了这样定义的合理性,三种类型的采用可以将建模者从复杂的系统实现细节中解放出来,而且还将提高领域相关模型的重用率并增强系统的容错性能。基于系统中各Agent的BDI(Belief-Desire-Intention)定义,并使用合同网协议(Contract Net Protocol, CNP)来实现Agent间的协商,提出了AW2CW映射算法和CW2EW映射算法,有效地完成了抽象工作流到具体工作流以及具体工作流到可执行工作流的映射。通过对示例“国际会议的在线会务安排”的分析,进一步说明了采用基于CNP协商的方法来实现网格工作流映射的可行性和有效性。 5.网格工作流原型系统和相关应用。结合上述研究的内容和方法,针对“上海信息网格工作流系统”的设计要求,开发了原型系统。鉴于完整性考虑,还介绍了系统中已完成或正在进行中的其它研究内容,如ECA(Event-Condition-Action)规则应用于网格工作流,以及基于Jini技术的分布式工作流执行系统等。最后借助一个医学图像处理流程的示例,对实现系统中的建模工具、简单工作流控制台和引擎服务等进行了联合说明。


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