基于移動(dòng)agent虛擬儀器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)研究

1 引言

　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的快速發(fā)展，利用傳統(tǒng)的集成測(cè)試方法已經(jīng)難以滿足復(fù)雜測(cè)試任務(wù)的需求。虛擬儀器以開放性好、智能化程度高、界面友好等優(yōu)勢(shì)顯示了其強(qiáng)大的生命力，研究?jī)?nèi)容已經(jīng)涉及到工程的諸多領(lǐng)域[1]。

　　現(xiàn)有的虛擬儀器技術(shù)在研究和實(shí)現(xiàn)上已取得了一定成就，但隨著測(cè)量?jī)?nèi)容的日益復(fù)雜、測(cè)量數(shù)據(jù)和指標(biāo)的不斷增加，對(duì)虛擬儀器的應(yīng)用也提出了越來越高的要求，一些問題逐漸顯現(xiàn)出來。比如現(xiàn)有儀器系統(tǒng)的開發(fā)依賴于經(jīng)驗(yàn)的積累，一般由用戶根據(jù)自身需求開發(fā)小功能集的虛擬儀器系統(tǒng)；儀器的平臺(tái)獨(dú)立性和擴(kuò)展性差，儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和執(zhí)行效率低下，適應(yīng)性不夠強(qiáng)[2]。因此，如何提高虛擬儀器系統(tǒng)的執(zhí)行效率，降低設(shè)計(jì)難度，是虛擬儀器系統(tǒng)研究中一個(gè)需要解決的重要問題。

　　移動(dòng)agent是一種獨(dú)立的可確認(rèn)的計(jì)算機(jī)程序，它可以自主地在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上按照一定規(guī)程移動(dòng)，尋找和利用適合的計(jì)算資源、信息資源和軟件資源，代表用戶完成特定任務(wù)[3]。它具有主機(jī)間動(dòng)態(tài)遷移性、智能性、平臺(tái)無關(guān)性、分布靈活性、多agent合作性等六方面的特點(diǎn)。

　　因此，在本文中考慮將移動(dòng)agent技術(shù)運(yùn)用到虛擬儀器系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)建中，用以改善現(xiàn)有虛擬儀器系統(tǒng)中出現(xiàn)的一些問題。

2 基于移動(dòng)agent的虛擬儀器體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　根據(jù)虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和移動(dòng)agent系統(tǒng)的特點(diǎn)，在體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中選用了綜合分層和網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)最佳特征的混合模型，如圖1所示。

圖1 MAVIS的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

　　圖1中的雙箭頭――上層到下層表示控制流方向，下層到上層表示數(shù)據(jù)流方向。由于采用了網(wǎng)狀體系結(jié)構(gòu)，整體上又保留了分層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因此組件間可以不按照嚴(yán)格的分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行通信。這樣在對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)中的agent進(jìn)行管理時(shí)，只需更改該agent的信息，不會(huì)影響其他agent的工作。例如當(dāng)需要執(zhí)行一個(gè)新的數(shù)據(jù)采集或處理分析任務(wù)時(shí)，只需派遣一個(gè)新的agent去執(zhí)行任務(wù)即可，不需停止或重啟已執(zhí)行處理分析任務(wù)的agent。

　　在該體系結(jié)構(gòu)中，最下層的數(shù)據(jù)采集葉節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)測(cè)試數(shù)據(jù)的采集，包括采樣位置、信號(hào)類型等信息，并在將其傳遞到上層處理分析節(jié)點(diǎn)前進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾，以減輕上層節(jié)點(diǎn)的工作壓力，有利于處理分析節(jié)點(diǎn)專注于虛擬儀器系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。

　　上層的處理分析節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)，如對(duì)其進(jìn)行時(shí)頻域分析，統(tǒng)計(jì)分析等，提取影響測(cè)量結(jié)果的參數(shù)指標(biāo)并最終在本地機(jī)上形成測(cè)試結(jié)論顯示出來。處理分析agent的生成可以通過頂層的控制管理節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)控制。為了保證處理分析agent能夠高效地運(yùn)行相關(guān)測(cè)試，在系統(tǒng)運(yùn)行開始就根據(jù)所需測(cè)試的基本類型構(gòu)造處理分析agent集合。在運(yùn)行過程中，當(dāng)添加的處理分析agent和其他agent互相協(xié)作成功完成一次任務(wù)時(shí)，系統(tǒng)就生成新的agent并添加到該虛擬儀器系統(tǒng)的處理分析agent集合中。一旦需要?jiǎng)h除處理分析agent時(shí)，就必須從虛擬儀器系統(tǒng)的處理分析agent集合中刪除與該處理分析agent相關(guān)的所有agent。頂層的控制管理節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的分派和召回。

　　該體系結(jié)構(gòu)由分布在各受控主機(jī)上的移動(dòng)agent組成，各相鄰agent的關(guān)系平等，連結(jié)松散，可彼此獨(dú)立進(jìn)行操作，這樣設(shè)計(jì)的虛擬儀器系統(tǒng)更具容錯(cuò)性和重構(gòu)性。移動(dòng)agent的引入使數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)、處理分析節(jié)點(diǎn)和控制管理節(jié)點(diǎn)并不總駐留在一臺(tái)物理主機(jī)上，即移動(dòng)agent可以作為處理分析節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到最合適的物理位置。

3 基于移動(dòng)agent的虛擬儀器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　通過比較，由IBM東京Waston研究中心開發(fā)的Aglets以其自身包容易安裝、穩(wěn)定性好、安全性高、跨平臺(tái)、直接提供適合Java的移動(dòng)agent技術(shù)、示例簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，成為MAIVS系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)的平臺(tái)。Aglets用純Java語言編寫，具有較好的健壯性和移動(dòng)性。作為最早基于Java的商業(yè)化系統(tǒng)，它提供了一套簡(jiǎn)單而全面的移動(dòng)agent編程模型和詳細(xì)且易用的安全機(jī)制，并為agent間提供了動(dòng)態(tài)、有效的通信機(jī)制。在實(shí)現(xiàn)過程中，設(shè)計(jì)關(guān)注具有檢測(cè)功能的處理分析agent的實(shí)現(xiàn)，而不需考慮整個(gè)系統(tǒng)的通信機(jī)制和行為協(xié)調(diào)模式。

　　對(duì)于向用戶提供可執(zhí)行程序這一問題，當(dāng)前的應(yīng)用程序雖然可以訪問資源，但是它不具有普適性，也不能進(jìn)行實(shí)用的計(jì)算。事實(shí)上，一旦用戶想要執(zhí)行一個(gè)應(yīng)用程序，他不得不：(1)請(qǐng)求環(huán)境資源；(2)分配任務(wù)；(3)觸發(fā)和控制執(zhí)行；(4)得到結(jié)果；(5)釋放資源[4]。