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1、基于Agent的分布式地理信息系统模型罗英伟汪小林丛升日李慕华伍键许率群陆钟辉(t京大学计算机系，北京，100871)摘共:本文在.总结了当前分布式GIs所面临的挑战之后，给出了一个基于Agent技术的分布式GIs模型GeoAgent，在该模型里，详细分析了分布式GIs中Agent的分类、特点及其结构，设计了Geo峪ent的体系结构和分布模型，为分布式GIs提供了一个全新的解决方案.关妞词:CISAgent，分布式系统，模型，GeoAgent1.前宫当前，由于计算机网络和信息高速公路的飞速发展，信息革命将人类社会推进到了信息时代，人们从物质上的极大丰富转向对信息的极大需求:国家空间信息基础设施
2、(NSII).全球空间数据基础设施(GSDI).数字地球(DE)等计划一一提出，这些必然要求GIs的研究者精力把集中在基于网络的分布式GIs研究上来。应该说当前对分布式GIs的研究还处在起步阶段，当前已有的分布式GIs产品远未达到人们预期的目标。当前分布式GIs存在着多方面的问题以及面临着多方面的挑战。1、网上数据资源的使用面对汪洋大海般的网上地理空间信息，一个普通的GIs用户使用现有的手段是很难招架的。一方面主动送上门的或已经下载的地理信息难为所用:另一方面GIs用户又不知道如何确切地表达对真正想要的网上地理信息资源的需求，也不知道如何更准确、更有效地寻找资源。如何使得地理空间信息提供者能够
3、适时地将地理空间信息主动提供给最需要的用户、而地理空间信息使用者又能够知道哪里能够找到急需的地理空间信息，当前的数据索引和目录技术还远未达到这种要求。2.数据的确定性每一个空间操作和空间分析都是针对特定的地理空间数据来进行的，即在进行空间操作或空间分析之前，都必须知道要操作或分析的地理空间数据是谁，在哪里。这种局限在分布式环境下如不加以解决，任何GIs系统都不能算是真正的分布式地理信息系统。3、多数据源当一个操作或分析所牵涉的地理空间数据分布在不同的地点时，处理起来就非常困难，甚至不能处理。这是分布式GIs能够名副其实所必须解决的另一个问题。4、分布计算现有的分布式GIs以及正在研究中的分布式
4、GIs，实际上都是一种点对点的简单ClientServer结构，或者说是多层ClientServer结构，主机的角色是都是固定的，所有的计算只能在服务器进行，或者让部分工作在客户方进行，服务提供者必须都集中在这两个机器上，并不能真正实现分布对等的计算。5、合作能力当今社合分下碱夹越细.GIs的应用也碱夹越广汪.单靠一个部门或一个单位自己来完成其任务是不可能的，往往需要相关领域的几个部门或单位一起合作。比如在城市综合管网领域里，包括交通线路、给水、排水、煤气、供暖、电力、电信等管线，是城市赖以正常运作的生命线。这些管线是分别由不同的政府部门来管理的，但这些管线是从属于同一地理空间，管线之间有着错
5、综复杂的关系。任何一个部门要对其管线进行规划与决策管理，都必须和其它部门进行磋商协作才能进行。在网络环境下，利用己有的GIs技术是满足不了这种需求的，并且当前尚未有公开的针对解决GIs领域内的这类合作应用的研究。Agent技术来源于分布式人工智能(DAI)领域，但随着Agent技术的发展，其应用已不仅仅局限在人Z智能领域，它在计算机软件的各个方面都发挥着越来越重要的作用51(71尤其是在基于网络的分布计算领域。一方面Agent技术为解决新的分布式应用问题提供了有效的途径，另一方面，Agent技术为全面准确地研究分布计算系统的特点提供了合理的概念模型t61Agent技术提供了一种新的计算和问题求
6、解的思路，这主要是因为基于Agent的系统克服了常规分布式计算技术的缺陷，具有许多优点。Agent具有自主性、交互性、主动性和反应性，它不仅能作用于自身，而且可以施动作于环境，并能接收环境的反馈信息，重新评估自己的行为:同时，它能与其它Agent协同工作川川。Agent系统放松了对集中式、非开放性、顺序控制的限制，提供了分布控制、动态应急处理和并行处理tz1。同时，Agent系统可以降低软件或硬件的费用，提供更快速的问题求解方法tat本文的日的就是探讨一种基于Agent技术的分布式地理信息系统构造方法，以建立一个基于Agent技术的分布式地理信息系统GeoAgent解决当前网络地理信息系统中存
7、在的各种问题。2.GeoAgent系统模型2.1.GeoAgent分类根据分布式GIS的任务和特点以及Agent的职能，GeoAgent系统中的Agent可以分成以下四类:(1)系统管理Agent系统管理Agent包括两类Agent:FacilitatorAgentServer主要担负全局管理和协调职能，ASAgent则用于Agent类查找(2)通用Agent通用Agent是用来与用户交互、完成用户指定任务的，是一种可以表现一定智能的Agent。它们接受用户空间分析及查询任务，进行任务分解，利用Agent间的统一通信机制交由GIs专用Agent完成，并利用专用Agent返回的结果完成用户指定的
8、计算，返回最终结果。(3)GIS专用AgentGIS专用Agent对分布式GIS系统中的空间分析或查询功能进行封装，具有响应外界请求，完成不同数据要求的同一类空间分析或查询功能，井利用Agent间的统一通信机制返回查询结果的能力。习(4)接口Agent在GeoAgent系统中，接口Agent有两类:地理空间数据访问服务器GuServer和AgentEntryoGuServer管理在本地数据库中存放的地理空间数据以及相关的元数据，并向外提供基本的地理空间数据访问服务。AgentEntry则在用户应用系统和GeoAgent系统之间架起1座桥梁2.2.GeoAgent特点在GeoAgent系统中，G
9、eoAgent是一个具有活动能力的对象类，每个活动的Agent实际上是Agent类的一个实例(在本文中，Agent指的就是Agent类，它不代表Agent实例)，它带有脚本解释器，接收并执行GeoScript语言，在与别的Agent通讯和协作下完成某个特定的任务。GeoAgent能持续自主地发挥作用，具有以下特征:(功自主性GeoAgent具有属于其自身的计算资源和局部于自身的行为控制机制，能够在没有外界直接操纵的情况下，根据其内部状态和感知到的环境信息，决定和控制自身的行为。例如，当某一个Agent发现计算的资源不在本地时，它可以根据算法，请求其他Agent协助获得资源或者将任务交给能更加方
10、便地访问资源的Agent去完成等。(2)交互性GeoAgent能够通过人机界面或GeoScript语言与人进行交互，例如，一个GIs用户可以使用GeoScript描述一个任务交给Agent去完成，或者描述一个规则让Agent遵循。同时，Agent可以用Agent通信语言与其他Agent进行灵活多样的交互，能够有效地与其他Agent协同Z作。例如，1个数据搜索Agent可以通过询问，获得其他数据搜索Agent所知的信息，从而了解数据在系统中的分布(3)主动性GeoAgent能够遵循承诺主动采取行动，表现出面向目标的行为，即每个GeoAgent都能够按照约定在完成某个任务后主动将该任务的结果提交给
11、需要的用户。(4)独立性Agent是分布式计算机系统中边界明确、可被独立地引用的行为实体，支持对数据、过程和通信设施进行封装(5)确定性每个Agent都有自己确定的口标:每个Agent的能力都是确定的，其所需的输入参数及输出结果其形式都是固定的梅个Agent的都可以解释执行特定的规则。2.3.GeoAgent结构根据分布式地理信息系统的特点，GeoAgent主要由五部分组成(如图一示)，它是一种反应式Agent，它不仅能够独立自主地完成自己的任务，而且还能与其他Agent相互通信，交换信息，进行合作。(1)控制系统:这是GeoAgent的核心部分，它是GeoAgent各组成部分的管理者，负责协
12、调、控制整个GeoAgent的正常运转。它根据数据资源和所接收到的消息，确定采取功能界面中的哪个功能模块或构件完成相应的任务。(2)功能界面:用于存放Agent所需具备的各种功能模块、GIs构件及其他构件(3)消息通信子系统:它是与其他Agent通信的接口，负责传递请求、控制信息及交换数据。(4)人机界面:与人的交互接口。并不是每个Agent都需要。(5)数据资源:Agent的私有数据和可与其他Agent共享的全局数据，作为管理决策和协调运转的本源:处理所需的外部数据及处理的结果。由于地理空间数据的分布性以及数据量巨大的特点，每个Agent拥有自己地理空间数据是不可能的。一方面耗费大量系统资源
13、，另一方面相互之间难以维护一致性，因此，在Agent系统中提供一些特殊的Agent以访问地理空间数据是最好的选择。GeoAgent人机界面功能界面数据资源控制系统功能模块GIS构件其他构件消息通讯系统LANWAM图一GeoAgent的结构2.4.GeoAgent间的通讯在GeoAgent系统中各Agent之间的通讯是用消息机制来实现的。我们采用两种通讯方式:点对点方式和组广播方式。消息的类型及其内容与GIs领域及Agent的功能是紧密相关的，我们根据GIs中的需求和Agent的作用和任务设计了30多种消息，这些消息基本r_满足了GeoAgent系统中各类Agent的通讯需要。这些消息又可以分为
14、三大类，并k3可以转换成KQML等Agent通讯语言的相关通讯原语8lr请求消息(RequestMessage):需要应答的消息v应答消息(ReplyMessage):与请求消息对应，是对请求消息的回答r通知消息(InMessage):主动发出的消息，是一种知识性质消息1i，_一公白日咬2.5.GeoAgent移动策略在GeoAgent系统中，并不支持也没有必要支持Agent的移动。我们采用一种不同的策略来达到同样的目标减轩网络数据流量和避免本地资源限制，白是通过控制Agent的粒度和指定Agent的创建运行地址来达到这个Q标的GIS系统的各项任务都是山数据驱动的，当一个Agent被创建时，创
15、建它的Agent知道它所需的数据资源在哪里，因此就可以在数据资源所在的主机上创建该Agent，从而减少数据资源的网络传输另外，当一个Agent所需的数据资源比较多时，如果该Agent对这些数据资源的需求是同时的，则数据资源的网络传输是必不可少的。但是如果该Agent对有些数据资源的需求是顺序的，并且相互之间的使用是基本独立的(即后面数据资源的使用在数据量上对前面数据资源使用的结果要求比较小)，那么就可以将这个Agent分成多个Agent，其中一个是控制Agent，其他的是数据资源使用Agent.同移动Agent系统相类似，移动Agent系统要求移动的目标主机上要有移动Agent运行的支撑环境，
16、GeoAgent系统则要求目标卞机上能够创建某个Agent实例在这里，最关键的问题是一个Agent如何知道它所创建的Agent所需的数据资源的位置呢这就需要使用地理空间元数据了。一个父Agent在创建子Agent之前，首先根据子Agent对所需数据的描述，利用地理空间元数据去定位所需数据。地理空间元数据为系统中Agent自主性和主动性的发挥提供了保证”】2.6.GeoAgent系统体系结构GeoAgent系统主要由六部分组成，它们是:AgentEntryFacilitatorAgentServerASAgent、通用Agent专用Agent和GuServerGeoAgent系统的体系结构可以由图二来描述，这是一种集中式的体系结构，在这里，FacilitatorAgentServe:处于一种全局协调与控制的地位。2.6.1.FacilitatorAgentServer根据GeoAgent系统的分布模型，Facilitator有两种配置:一般配置与AgentServer配置，其主要功能有:系统管理管理AgentSyste。内部GeoAgent系统分布以及管理Agen
