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1、南京航空航天大学 硕士学位论文 面向Agent的协同数据管理软件模型研究 姓名：陈倪娜 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：万麟瑞 20090101 南京航空航天大学硕士学位论文 i 摘 要 本文以协同工作平台软件 CWPS 的研究开发为背景，结合 Spring 框架和 JADE 平台，以面 向对象的方法论为指导，建立了协同数据管理的软件构架，并采用面向 Agent 和设计模式等方 法对其进行了优化。 首先，文章探讨数据协同的关键技术及其应用，包括：基于 XML 的数据格式交换和以元数 据为核心的数据共享策略；在此基础上，建立协同工作平台数据模型，并采用 XML 进行模型描 述
2、。 接着，对面向 Agent 的软件开发框架进行深入研究。探讨 Agent 技术及其特性，提出基于 事件触发及规则驱动运行机制的反应式 Agent 单元结构模型， 并采用 FIPA ACL 设计 Agent 通信 方法。之后给出与面向对象方法相结合的面向 Agent 软件开发方法，并介绍 Agent 软件开发平 台 JADE。 然后，对协同数据管理软件模型进行领域分析和领域设计。在领域分析阶段，对协同数据 管理的需求进行抽象和描述，建立软件的用例模型和活动模型；对动态查询算法进行研究，建 立算法的数学及软件模型。 在领域设计阶段， 建立了协同数据管理的对象结构模型和行为模型。 采用 Agent
3、 技术进行结构模型及行为模型的优化。 在此基础上探讨 Agent 软件设计的实现方法， 包括提出基于四表的 Agent 单元结构实现， 以及构建 Agent 通信本体的语义网络模型并采用 OWL 进行实现。 最后，介绍软件开发环境及其实现。结合 ACME 语言给出协同数据管理主要构件的描述。 在此基础上，给出关键算法和界面原型及 Agent 典型应用的程序实现。 所提出的面向 Agent 软件设计和实现方法在协同数据管理软件实际开发中得到了应用，具 有一般理论意义和工程实践价值。 关键词关键词：协同数据管理；Agent 单元结构；Agent 通信方法；FIPA ACL；本体描述；查询算法 面向
4、 Agent 的协同数据管理软件模型研究 ii Abstract This paper presents the framework of cooperative data management software based on the research and development of CWPS system. The software architecture, implemented by Spring and JADE, is guided by Object-Oriented methodology and optimized by Agent-Oriented technol
5、ogy and design patterns. At first, some important technologies and applications of data cooperating are discussed, including: the XML format for data exchange and the metadata for data sharing. And the data model of CWPS is established and described by XML. Then, the Agent-Oriented software developm
6、ent framework is investigated. The Agents characteristic is discussed. Subsequently, the model of single Agent unit is put forward which base on the mechanism of event sprang and rule driven. And the FIPA ACL is used as communication language. Also the software development methodology combined by Ob
7、ject and Agent is proposed and the JADE is introduced as the Agent software platform. After that, the requirements analysis and design procedure of software model are presented. The use case diagram and activity diagram are set up, and the mathematic and software model of data query which founds on
8、ontology semantic expansion algorithm is presented. The structure and behavior model are constructed by Object-Oriented methods in design phase. And the Agent technology is brought forward to optimize the software architecture. As a result, the implementation method of Agent model is put forward, in
9、cluding: implementing the single Agent unit by four tables, constructing the ontology of Agent communication language by Semantic Web and describing it in OWL. Finally, the toolkit and technique of software implementation is presented. The major components are described by ACME. And the implementati
10、on of the key use case and user interface is presented. The design and implementation of Agent-Oriented software mentioned above, which are applied in the development of cooperative data management software, have theoretical significance and engineering practical value. Key Words: Cooperative Data M
11、anagement, Agent Unit Structure, Agent Communication, FIPA ACL; Ontology Description; Query Algorithm 南京航空航天大学硕士学位论文 v 图表清单 图 2.1 基于 XML 的数据交换模型6 图 2.2 数据资源树型结构9 图 3.1 Agent 抽象视图.11 图 3.2 反应式 Agent 单元结构模型14 图 3.3 FIPA ACL 语法规则.16 图 3.4 协同数据管理软件开发过程.18 图 3.5 JADE 体系结构20 图 4.1 协同数据管理用例模型.23 图 4.2 多级数据
12、源维护模块用例24 图 4.3 数据源交互活动图.25 表 5.1 存取匹配 Agent 主要属性表.32 表 5.2 存取匹配 Agent 的主要事件表.32 表 5.3 存取匹配 Agent 的主要行为规则表.32 表 5.4 存取匹配 Agent 的主要行为方法表.32 图 5.2 Agent 通信消息示例33 图 5.3 数据资源本体的语义网络图35 表 5.5 对象属性表36 图 5.5 Agent 交互协议顺序图38 表 5.7 协同数据管理关键基表清单40 表 5.8 数据源结构基表数据字典40 图 5.6 系统总控页面布局.43 图 5.7 协同数据管理菜单界面.44 图 5.
13、8 表单界面运行实例（二号窗口）44 图 5.9 多行显示界面运行实例（一号窗体）.45 图 6.1 协同数据管理构件图50 图 6.2 JADE 与 Servlet 集成.52 图 6.3 本体类关系图56 承诺书 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。 对本论文所 涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体， 均已在文中以明确方式标 明。 本人授权南京航空航天大学可以有权保留送交论文的复印件， 允许 论文被查阅和借阅,可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数
14、据库 进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 (保密的学位论文在解密后适用本承诺书) 作者签名： 日 期： 南京航空航天大学硕士学位论文 1 第一章 绪论 1.1 研究领域的发展概况 计算机支持的协同工作（Computer Supported Cooperative Work，简称 CSCW）是一个从 20 世纪 80 年代中期出现的新兴研究领域。CSCW 是一个多学科交叉的研究领域，它集中了社会 学、人类学、计算机科学、运筹学等多个领域的专家学者，共同探讨人类群体工作的特性和信 息技术对群体工作的支持。行为学、社会学、组织学家研究群体工作以及技术对此的冲击；市 场专家研究工作场
15、所和技术之间的匹配关系。 协同作为一门学科的形成和发展可以追溯到 20 世纪 70 年代， 而 “计算机支持的协同工作” 则是再 20 世纪 80 年代中期发展起来，由 MIT 的 Irene Grief 和 DEC 的 Paul Cashman 等人提出。 他们组织了一个来自不同领域的 20 人研究组， 共同探讨协同工作中如何发挥技术的作用， 并正 式提出了 CSCW 概念。从协同学到 CSCW 是信息时代的必然产物，它以人们群体协作为背景，以 计算机技术与通信技术的发展融合为基础，在应用领域广泛的前提条件下发展而自然形成。 CSCW 在国内外受到不同学科领域的学者的重视， 与协同工作研究相
16、关的学术会议在过去 20 年中持续受到研究人员的关注， 除了ACM主办的CSCW、 SIGGROUP主持召开的GROUP、 欧洲的ECSCW 几个一直在召开的国际顶级学术会议，IEEE 也开始主办协同计算会议（Collaborate Com）， 还有一些其它的相关国际学术会议， 如协同学习会议 CSCL 等。 在国际上的重要研究计划或项目 中也处处可以看到协同工作技术的研究内容和应用系统。例如，美国的 CyberInfrastructure 将协作服务列为六大关键支撑服务之一；在欧洲的 eScience 中有 CoAKTinG(Collaborative Advanced Knowledge Technologies in the Grid)和 MyGrid 等协作技术紧密相关的研究；在欧 盟建立信息社会的第六框架计划（20022006 年）和即将开展的第七框架计划（20072013 年）中都有专门针对协同工作环境研究和应用的部分。 在国内，1996 年由国内和国际学者联合发起的计算机支持的协同设计国际会议（CSCWD） 在北京召开，至今已经
