基于移动Agent的分布式查询系统研究

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3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 3.07MB 67 页 15积分

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摘要

分布式数据库系统（Distributed Database system，简称 DDBS）的研究始于

20 世纪 70 年代中期。这是由于数据库应用的拓展和计算机硬件环境的改变，特

别计算机网络与数字通信技术的飞速发展、卫星通信、蜂窝通信、计算机局域网、

广域网和激增的 Intranet 及Internet 得到了广泛应用，使分布式数据库系统应运而

生，并成为计算机技术最活跃的研究领域之一。由于高可靠性和高速度性是其重

要特点，所以对查询的执行要求也就更高。而在查询执行中查询优化是执行的关

键环节，查询优化的好坏在很大程度上决定着查询的效率，因此查询优化技术一

直是许多数据库专家学者研究的重要课题。

但是，分布式数据库查询优化的研究还很不成熟，这不仅是因为分布式数据

库技术目前发展还不完善，还因为分布式数据库本身的复杂性，涉及因素的多样

性。在分布式数据库系统中，如何降低站点之间的通信代价和分布式计算处理的

复杂度，成为不可回避的重要内容。本文采用移动 Agent（MA）技术，把经过

XML 最小视图算法最小化处理的查询任务存储到一个可以通过网络进行移动的

Agent 上，移动 Agent 按照经过最优搜索理论（OST）确定的最优搜索策略主动

的迁徙到服务器上，自主的执行查询任务，通过与信息资源的局部交互，查询完

毕后，移动 Agent 把查询结果返回到客户端，达到高效查询信息的目的。它的出

现为解决当前分布式查询中的许多问题提供了新的思路。本文在深入研究移动

Agent 技术的基础上，结合 XML 和最优搜索理论设计了基于移动 Agent 的一种新

型分布式查询系统应用模型，该模型具有查询效率高、支持间断计算、网络适应

性强等优势[1]。

最后，我们使用 IBM 公司的移动 Agent 运行平台 Aglet，并采用与平台无关

的、可移植性好的 Java 语言作为开发工具实现了基于移动 Agent 的分布式数据库

的查询，实验结果表明了该系统达到了预期的目标，用 XML 和最优搜索理论改

进系统，有效的提高了查询效率。

关键词：移动 Agent XML 分布式数据库最优搜索理论

ABSTRACT

The researches on distributed database system originated from the mid-1970s.

This is because the database-application’s development and hardware changes in the

environment, especially computer networks and digital communication technology

rapid development, the satellite communication, cellular communication, computer

LAN, WAN and the proliferation of Intranet and Internet has been widely applied to

distributed database system came into being, and computer technology has become the

most active research areas. Due to the important features of high reliability and speed,

the demands of run a query become higher accordingly. The optimization of query is

the key-technology to the query, to a large extent, the optimization of query determines

the efficiency of queries, and the optimization of query technology has been an

important issue to lots of experts and scholars in the field of the database.

However, the optimization of query to the distributed database is still immature,

not only because the development of distributed database technology is not perfect

currently, but also because of the complexity of distributed database itself, it involves

many factors and variety. How to reduce the cost of communications between the sites

and distributed computing has become important and can not be avoided in the

distributed database system which exists in the network environment. In this article

uses the mobile agent technology, and through saving the query services which

minimize by XML algorithms to the mobile agent that can migrate through the network,

the mobile agent followed the optimal search strategy which computed by the optimal

search theory moves to the server on its initiative, executed the query automatically,

interacted with the local information resources, the mobile agent returns back to the

client with the results after finishing the tasks, achieves the purpose of efficient query.

The emergence of the mobile agent has provided a revolutionary method for many

issues in distributed queries. The thesis proposes a new type of distributed-query

system application model based on mobile agent, XML and the optimal search theory,

which has the advantage such as high search efficiency, support intermittent

calculation, high network adaptability.

Finally, we use IBM's aglet as the mobile agent platform, and realize the

distributed database query system with Java language that we needn’t concerned the

platform. The experimental results indicate that the system has achieved the expected

goals, XML and the optimal search theory improves the search efficiency of the

system.

Key Word：Mobile Agent, XML, Distributed Database, the Optimal

Search theory

摘要

ABSTRACT

第一章绪论.......................................................................................................1

§1.1 研究背景及意义......................................................................................1

§1.2 国内外研究现状及不足..........................................................................2

§1.3 本文研究内容..........................................................................................3

§1.4 论文的组织结构......................................................................................4

第二章移动 Agent 技术.......................................................................................5

§2.1 移动 Agent 技术简介..............................................................................5

§2.1.1 移动 Agent 的定义及特性...........................................................5

§2.1.2 移动 Agent 的体系结构...............................................................6

§2.2 典型移动 Agent 系统..............................................................................8

§2.3 移动 Agent 系统中的关键技术..............................................................9

§2.3.1 移动的实现...................................................................................9

§2.3.2 通信方式.....................................................................................10

§2.3.3 移动 Agent 实现语言................................................................. 11

§2.3.4 移动 Agent 的安全机制............................................................. 11

§2.3.5 移动 Agent 的容错策略.............................................................12

§2.3.6 移动 Agent 的管理策略.............................................................12

§2.4 移动 Agent 的技术优势........................................................................13

§2.5 本章小结................................................................................................14

第三章 XML 和最优搜索理论介绍...................................................................15

§3.1 XML 简介...............................................................................................15

§3.1.1 XML 组件....................................................................................15

§3.1.2 XPath ............................................................................................16

§3.1.3 XQuery .........................................................................................17

§3.2 最优搜索理论简介................................................................................18

§3.2.1 最优搜索理论的组成要素.........................................................19

§3.2.2 静止目标的最优搜索模型.........................................................19

§3.2.3 拉格朗日乘数法.........................................................................20

§3.3 渐进最优策略........................................................................................21

§3.4 本章小结................................................................................................22

第四章基于移动 Agent 的分布式查询系统的设计.........................................23

§4.1 系统的概念设计....................................................................................23

§4.2 系统设计................................................................................................24

§4.2.1 客户端设计.................................................................................25

§4.2.2 中介服务子系统的设计.............................................................26

§4.2.3 数据库服务站点设计.................................................................30

§4.3 移动 Agent 的最小视图查询策略........................................................31

§4.4 移动 Agent 最优搜索策略....................................................................33

§4.4.1 最优搜索参数的确定.................................................................34

§4.4.2 最优搜索策略.............................................................................35

§4.5 移动 Agent 的安全机制........................................................................41

§4.6 移动 Agent 的容错机制........................................................................42

§4.7 本章小结................................................................................................43

第五章系统实现.................................................................................................44

§5.1 系统的实现平台和开发环境介绍........................................................44

§5.1.1 Aglet 开发工具 ............................................................................44

§5.1.2 Aglet 中的事件授权模型和消息机制 ........................................44

§5.2 系统的实现............................................................................................46

§5.2.1 客户端实现.................................................................................46

§5.2.2 中介服务子系统实现.................................................................47

§5.2.3 数据库服务站点实现.................................................................52

§5.3 本章小结................................................................................................53

第六章系统测试及性能分析.............................................................................55

§6.1 系统测试................................................................................................55

§6.2 性能分析................................................................................................55

第七章总结.........................................................................................................59

参考文献.................................................................................................................61

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.....................................63

致谢.....................................................................................................................64

第一章绪论

§1.1 研究背景及意义

随着计算机网络技术的飞速发展，特别是近年来 Internet 及其相关技术的普

遍应用，网络已经成为人们工作、学习及生活的重要组成部分，传统的集中式数

据库的数据集中的特点已经无法满足大量数据分散分布的应用要求，分布式数据

库系统因此顺势而起。分布式数据库利用统一的视图管理分散在各地的数据，隐

藏大量的细节，支持各种各样的透明，用户感觉就像使用集中式数据库一样。就

本质而言，分布式数据库系统在逻辑上是统一的，而在物理上却是分散在计算机

网络的若干个站点上的，具有自治能力的一组逻辑单位，相互协作而组成的一个

整体，具有局部响应速度快；易于集成现有系统等优点。所以，大力发展并推广

分布式数据库技术对于促进我国企业管理规范化和信息化有重要的现实意义。

分布式数据库系统具有超集中式数据库系统的潜在优势，但也正是因为“分

布式”，引起了一系列较集中式系统查询更复杂、难度更大的技术问题：

1. 参与查询或者其它操作的数据库站点的数量大，各数据库站点间的数据传

输量可能会很大，容易导致网络拥塞；

2. 各数据库站点的连接速度可能会有差异，不同的路由也会产生不同的效

果，从而造成不同的时间点，不同路径其数据传输的代价大不相同；

3. 大规模网络（主要是指 Internet 上）环境并不稳定，可能会出现某个数据

库站点连接不上或中断的情况，个体出现的异常情况，容易造成其它站

点上的不稳定；

4. 各数据库站点高度自治，其工作负载以及其它资源情况是动态变化的，基

本上无法准确估算，难以保证查询结果的一致性，其中还包含很多无用

信息。

由此可见，与集中式数据库系统查询技术相比较，分布式数据库系统的查询

技术要增加对以下两个关键问题的考虑：

1. 数据和信息均要通过通信线路进行传输，存在延迟的问题将减慢整个查询

执行过程；

2. 数据分散在网络中各个高度自治的站点上，网络传输的数据量大，网络代

价高，且难以保证数据的一致性。

这些问题直接影响着分布式查询系统的性能。分布式查询技术的复杂性并没

基于移动 Agent 的分布式查询系统的研究

有阻碍人们对它的研究和探讨，正是由于它局部查询效率高，系统整体数据安全

性高的优点，决定了它应用的重要性和广泛性。因此，探索研究一种高效的分布

式数据库查询技术对于提高企业核心竞争力具有极其重要的意义。

移动 Agent 的概念是由 20 世纪 90 年代初的 General Magic 公司在商业系统

Telescript 中提出的。由于其具有自主性、协作性、智能性和移动性等特点，很快

被誉为“第三代分布式计算模式”，他的出现为解决分布式数据查询提供了新的

思路。

§1.2 国内外研究现状及不足

跨地域的企业、组织对资源信息共享需求的日益增长为分布式数据库系统的

应用提供了广阔的市场前景。然而分布式数据库中数据分布和查询优化皆属 NP

问题，历经几十年的努力，虽然取得了一定的成果，但至今仍没有得到彻底地解

决。。

目前，移动 Agent 己经从纯理论的研究阶段进入探索实际应用的阶段。国外

己有包括麻省理工学院、Stutgart 大学等近 30 个学术机构在进行移动 Agent 系统

的研究开发工作。比较著名的移动 Agent 系统有：Ottawa 大学开发的 SHIP-MAI

（Secure and High Performance Mobile Agent Infrastructure），General Magic 公司

开发的 Telescript，IBM 东京实验室开发的 Aglet，ObjectSpace 公司的 Voyager，

Mitsubishi 的Concordia，Kaiserslautern 大学的 ARA（Agents for Remote Access），

IPVR 研究所的 Mole，Cornell 大学的 TACOMA 等[2]。

美国的达特茅斯（Dartmouth）大学和明尼苏达（Minnesota）大学曾经对移

动Agent 应用到分布式数据查询中进行过研究，但研究的主要目的并不是为了提

高分布式查询的效率，而只是对他们各自开发的移动 Agent 平台 D’agent 和Ajanta

进行测试。

美国 Colorado 大学的 Geo-Agent，系统主要使用的也仅仅是静态的 Agent，

并没有体现 Agent 的移动特性。

Alexandros Moukas 提出的个性化分布式查询系统 Amalthaea，它能自主地从

分布资源上找出满足用户兴趣的信息并以摘要的形式提交给用户。

SavvyQuery 系统针对局域网内的数据查询提出了解决方案，它的特点是设计

移动 Agent 安全方案并部分实现了该方案。

近几年来，国内高校也对该领域开展了研究，但尚处于起步阶段。例如南京

邮电大学的 SMMA2002，南京大学开发的 Mogent、GMD FOKUS，中国电子科

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摘要分布式数据库系统（DistributedDatabasesystem，简称DDBS）的研究始于20世纪70年代中期。这是由于数据库应用的拓展和计算机硬件环境的改变，特别计算机网络与数字通信技术的飞速发展、卫星通信、蜂窝通信、计算机局域网、广域网和激增的Intranet及Internet得到了广泛应用，使分布式数据库系统应运而生，并成为计算机技术最活跃的研究领域之一。由于高可靠性和高速度性是其重要特点，所以对查询的执行要求也就更高。而在查询执行中查询优化是执行的关键环节，查询优化的好坏在很大程度上决定着查询的效率，因此查询优化技术一直是许多数据库专家学者研究的重要课题。但是，分布式数据库查询...

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