基于智能體服務(wù)的云計算架構研究與分析的論文
引言
隨著(zhù)國際互聯(lián)網(wǎng)應用技術(shù)的快速發(fā)展，特別是近年來(lái)，以博客、內容聚合、百科全書(shū)、社會(huì )網(wǎng)絡(luò ))和對等網(wǎng)絡(luò )等為代表的Web 2.0廣泛應用，使得網(wǎng)絡(luò )數據量和網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)數高速增長(cháng)，網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的數據處理能力面臨著(zhù)嚴峻挑戰。為了通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將海量的存儲與計算資源進(jìn)行整合和優(yōu)化，充分提高資源利用率，使互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)更加敏捷和隨需應變，云計算融合了分布式計算、虛擬化技術(shù)、并行計算、網(wǎng)格計算及效用計算的優(yōu)點(diǎn)應運而生，并且成為目前國內外研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。云計算有許多特點(diǎn)，如低成本、靈活性、可伸縮性、安全性、可靠性、多租戶(hù)、自適應性和提供服務(wù)等級協(xié)議等。
云計算已被諸多企業(yè)和科研機構接受和使用，針對云計算平臺和架構的研究也層出不窮。文獻中提出了一種基于虛擬技術(shù)和面向服務(wù)架構SOA的云計算架構，文獻描述了云計算和SOA之間的聯(lián)系，對云計算平臺結構和云服務(wù)應用進(jìn)行了分析，提出了一種基于事件驅動(dòng)服務(wù)的云計算服務(wù)體系，但僅對云計算的軟件即服務(wù)層Sans進(jìn)行了說(shuō)明，未體現云計算的其它兩個(gè)層：即平臺即服務(wù)層Paas和基礎設施即服務(wù)層Iaas。
針對云計算平臺和結構的研究還很多，但大多都是提供一個(gè)虛擬的云環(huán)境，用戶(hù)還得根據需要重新定義服務(wù)和需求。提出一種云計算服務(wù)統一的架構顯得尤為重要。
本文提出的基于智能體服務(wù)的云計算架構，能充分發(fā)揮Agent智能體的優(yōu)勢，為用戶(hù)提供智能化服務(wù)，采用事件驅動(dòng)和基于語(yǔ)義的方法能夠實(shí)現混合云的功能。引入了基于本體和策略的方法能為公有云和私有云提供運行框架。
1Agent技術(shù)及其應用
Agent技術(shù)最早是由美國麻省理工學(xué)院的著(zhù)名計算機學(xué)家和人工智能學(xué)科創(chuàng )始人之一Minsk提出來(lái)的，最初源于人工智能領(lǐng)域。針對Agent的定義很多，特別是來(lái)自人工智能界的研究人員認為：Agent除了具備自治、自主等基本特性外，還應具備一些通常人類(lèi)才具有的能力，即Agent就是具有某類(lèi)知識，且具有能力和愿望并可做到其能做成的事情的“計算實(shí)體”。
Agent不斷完善信息服務(wù)的方式、質(zhì)量和內容，以滿(mǎn)足用戶(hù)的個(gè)性化需求。在信息服務(wù)中引入Agent技術(shù)，能夠實(shí)現智能化、個(gè)性化的服務(wù)。Agent技術(shù)應用方面：如美國的密歇根州大學(xué)曾將數字圖書(shū)館和三種類(lèi)型的Agent用戶(hù)接口A(yíng)gent、中間Agent和收藏Agent進(jìn)行融合，能夠根據讀者個(gè)人喜好的文檔實(shí)現傳送和呈現貯存的`信息。新加坡國立圖書(shū)館、美國加州數字圖書(shū)館、華盛頓大學(xué)圖書(shū)館等都把Agent技術(shù)運用于網(wǎng)絡(luò )信息服務(wù)中，開(kāi)展個(gè)性化服務(wù)，并獲得了成功。
2基于A(yíng)gent智能體服務(wù)的云計算架構
建立的基于智能體服務(wù)的云計算架構如圖1所示，共分為五層：基礎設施即服務(wù)層laas、平臺即服務(wù)層sans、軟件即服務(wù)層sans、運行環(huán)境層和智能即服務(wù)層。其中智能即服務(wù)層是整個(gè)架構的核心。
2.1運行環(huán)境層
該層是虛擬層，整個(gè)架構通過(guò)平臺即服務(wù)層和基礎設施即服務(wù)層提供虛擬的運行環(huán)境。用戶(hù)可以擁有多個(gè)運行環(huán)境，每個(gè)運行環(huán)境可以是一個(gè)云，或者是用戶(hù)定義為云的其它事物。各運行環(huán)境之間建立了某種關(guān)系，這種關(guān)系通過(guò)用戶(hù)編寫(xiě)的XML文檔生效，用戶(hù)還可以通過(guò)XML文檔設置訪(fǎng)問(wèn)權限。
2.2軟件即服務(wù)層
運行環(huán)境層通過(guò)該層可以訪(fǎng)問(wèn)各種應用和服務(wù)，如企業(yè)資源規劃ERP、客戶(hù)關(guān)系管理CRM等金融服務(wù)和其它任何通過(guò)該層可以訪(fǎng)問(wèn)的軟件服務(wù)。每個(gè)運行環(huán)境擁有各自的軟件即服務(wù)層，這兩個(gè)層一起能夠實(shí)現云計算的多租技術(shù)。
2.3智能即服務(wù)層
該層在整個(gè)架構中起著(zhù)重要的作用，一旦智能體感知到了響應，相應的任務(wù)就會(huì )被調用，最終提供相應的服務(wù)。
(1)事件控制智能體
工作流程：事件感知器感知到狀態(tài)變化或其它Agent的任務(wù)請求時(shí)，首先查詢(xún)策略庫，查找是否存在與該任務(wù)情況類(lèi)似的服務(wù)策略。若存在該策略，則直接送交給服務(wù)執行智能體進(jìn)行執行;若不存在該策略，則經(jīng)過(guò)事件轉化器和任務(wù)規劃器，嘗試新的規劃并將記錄結果保存至知識庫，再經(jīng)過(guò)任務(wù)規劃器重新規劃，生成規劃序列并送至服務(wù)執行智能體。事件控制智能體包括以下智能組件。
事件感知器：是Agent與外界的接口，負責發(fā)現和接收運行環(huán)境的狀態(tài)變化或其它Agent的任務(wù)請求。事件轉化器：根據事件處理網(wǎng)絡(luò )EPN中預先設定的處理程序，負責轉化事件，包括事件合成、分解、協(xié)調等。
任務(wù)規劃器：負責建立中短期的行動(dòng)計劃，是一個(gè)局部的規劃。局部性主要體現在：第一，每個(gè)Agent根據自己對世界和其它Agent的認知模型、自身的狀態(tài)、目標集合，及以往的經(jīng)驗規劃自身的行為，而不是由某個(gè)Agent的全局進(jìn)行規劃并將命令分發(fā)給其它Agent。第二，Agent并不需要對它的目標做出完全的規劃，而只要生成近期的動(dòng)作序列即可，因為世界是發(fā)展變化的，很多情況無(wú)法預測，長(cháng)期規劃可能會(huì )因為情況的變化而失效。
任務(wù)規劃器需要從世界模型、其它Agent模型、目標集合、經(jīng)驗庫和自身的狀態(tài)等數據結構中提取信息，經(jīng)過(guò)局部規劃器，產(chǎn)生近期的動(dòng)作序列，提交給知識庫系統中的決策器。任務(wù)規劃器總是試圖在經(jīng)驗庫中找到與當前情況最為類(lèi)似的前提條件的范例，再參考其它規劃和結果做出新的規劃。如果找不到前提條件和當前情況的差異小于某個(gè)閩值的范例，則任務(wù)規劃器只能?chē)L試新的規劃并將記錄結果保存在知識庫中，方便以后查詢(xún)和使用。
(2)服務(wù)執行智能體
工作流程：服務(wù)執行智能體接收事件控制智能體發(fā)送來(lái)的任務(wù)規劃序列，經(jīng)過(guò)訪(fǎng)問(wèn)智能體將任務(wù)序列進(jìn)行劃分，再將任務(wù)序列逐個(gè)送至決策智能體，進(jìn)行服務(wù)策略匹配。最終將匹配的服務(wù)結果經(jīng)由訪(fǎng)問(wèn)智能體傳送給執行智能體。服務(wù)執行智能體包括以下智能組件：
訪(fǎng)問(wèn)智能體：負責接收由事件控制智能體發(fā)送的任務(wù)規劃序列，并將規劃序列進(jìn)行劃分，逐個(gè)發(fā)送給決策智能體。并且接收由決策智能體最終確定的服務(wù)策略。
決策智能體：負責接收由訪(fǎng)問(wèn)智能體發(fā)送的逐個(gè)任務(wù)規劃序列，通過(guò)服務(wù)查詢(xún)智能體和知識庫確定最佳的服務(wù)策略，并將結果發(fā)送給訪(fǎng)問(wèn)智能體。
服務(wù)查詢(xún)智能體：針對每一個(gè)任務(wù)請求，查詢(xún)知識庫中的任務(wù)服務(wù)庫，找到最佳的服務(wù)策略，為決策智能體提供服務(wù)決策。并且將每次找到的最佳服務(wù)策略存儲在任務(wù)服務(wù)庫中，方便以后查詢(xún)。
執行智能體：負責接收來(lái)自訪(fǎng)問(wèn)智能體的任務(wù)服務(wù)策略，并通過(guò)企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)ESB執行服務(wù)。
2.4平臺即服務(wù)層
(1)策略庫：保存Agent根據感知信息和當前狀態(tài)做出反應的服務(wù)策略，包括用戶(hù)分組、用戶(hù)類(lèi)別、用戶(hù)信息、用戶(hù)認證和安全策略等。每種環(huán)境都對應一個(gè)策略，當Agent感知到事件發(fā)生時(shí)，首先遍歷策略庫，若有最佳的服務(wù)策略，則反應器做出動(dòng)作;若沒(méi)有合適的策略，則信息被送到規劃器和決策器進(jìn)行推理和決策。
(2)任務(wù)服務(wù)庫：存儲執行過(guò)的任務(wù)服務(wù)策略信息，方便事件控制智能體和服務(wù)執行智能體執行服務(wù)。
(3)本體庫：存儲各種本體文檔，包括事件模型和事件處理網(wǎng)絡(luò )文檔、事件與任務(wù)之間的關(guān)系等文檔。
(4) SLA庫：存儲用戶(hù)注冊的服務(wù)等級協(xié)議信息，服務(wù)查詢(xún)智能體通過(guò)用戶(hù)的SLA信息查詢(xún)最佳的服務(wù)策略。
(5)服務(wù)注冊：注冊一些服務(wù)描述信息及其服務(wù)質(zhì)量信息，企業(yè)服務(wù)總線(xiàn)通過(guò)注冊的信息，查詢(xún)和選擇服務(wù)策略。
(6)總線(xiàn)：包括數據總線(xiàn)和服務(wù)總線(xiàn)。數據總線(xiàn)用于云內部各庫之間的數據傳送，服務(wù)總線(xiàn)與服務(wù)注冊相關(guān)聯(lián)，實(shí)現了不同服務(wù)之間的通信和整合。
(7)云代理：與運行環(huán)境建立關(guān)系，可以實(shí)現與各種軟件系統或其它云的融合。
(8)管理入口：超級管理員通過(guò)該入口不僅可以使用各種開(kāi)發(fā)工具對云環(huán)境進(jìn)行配置，而且可以設定每個(gè)用戶(hù)所需的服務(wù)等級協(xié)議。
2.5基礎設施即服務(wù)層
該層提供了虛擬化計算資源、網(wǎng)絡(luò )資源和存儲資源，并且能夠根據用戶(hù)需求進(jìn)行資源的動(dòng)態(tài)分配。相對于平臺即服務(wù)層和軟件即服務(wù)層，基礎設施即服務(wù)層所提供的服務(wù)都較偏底層，但使用更為靈活。
目前，有關(guān)Agent智能體算法的應用很多，如：遺傳進(jìn)化Agent算法、多Agent協(xié)同強化算法、基于蟻群的多Agent算法等，都可應用于本文提出的云計算架構中，通過(guò)多Agent智能體之間的協(xié)同算法，可以實(shí)現云計算中服務(wù)的協(xié)同和調度，為云計算提供智能化服務(wù)。
3結束語(yǔ)
隨著(zhù)未來(lái)web 3.0時(shí)代的到來(lái)，以及物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)現，信息網(wǎng)絡(luò )將提供更加人性化、智能化的服務(wù)。本文提出的基于智能體服務(wù)的云計算架構，由三個(gè)實(shí)體層、一個(gè)運行環(huán)境虛擬層和一個(gè)智能即服務(wù)抽象層組成，其中智能即服務(wù)層通過(guò)其它四個(gè)層發(fā)揮著(zhù)核心作用。該架構引入了本體理論和Agent智能體技術(shù)，具有很強的靈活性和智能性，通過(guò)云代理，可以實(shí)現與其它云或軟件系統的交互和融合，為用戶(hù)提供智能的云服務(wù)。
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