sử dụng tác tử di động phát hiện dịch vụ trong các mạng ngang hàng không có cấu trúc

Giao thức tìm kiếm truyền thống trong mạng ngang hàng có thể được cải tiến nếu một nút bắt đầu truy vấn có một chút thông tin về nơi tìm kiếm tài nguyên mà không phải duy trì việc băm ph

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 1 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 2 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong khoa Công nghệ Thông tin trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Mạng và truyền thông máy tính Các thầy cô đã dạy bảo và giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình học tập, giúp tôi trưởng thành hơn trong suy nghĩ và nhận thức Đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đại Thọ, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành khóa luận này Sự nhiệt tình hướng dẫn của thầy là nguồn động lực lớn lao cho tôi

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn những người bạn thân thiết đã chia sẻ những kinh nghiệm và kiến thức bổ ích cho tôi, xin cảm ơn những người thân trong gia đình đã động viên và tạo điều kiện cho tôi trong quá trình hoàn thành khóa luận

Hà Nội, tháng 5 năm 2009

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 3 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

TÓM TẮT NỘI DUNG

Khóa luận này là kết quả nghiên cứu của tác giả về vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng.Trong khuôn khổ của khóa luận, tác giả đã trình bày tổng quan nhất về mạng ngang hàng và vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng không có cấu trúc Phương pháp tìm kiếm đề xuất trong khóa luận được tác giả nghiên cứu dựa trên nhiều nguồn tư liệu trong đó tư liệu chính là bài báo [4]

Khóa luận cũng giới thiệu về một công nghệ đang còn rất nhiều tiềm năng đó

là công nghệ tác tử di động Công nghệ hữu ích này đã giải quyết bài toán tìm kiếm hóc búa như thế nào và dựa trên những cơ sở lý thuyết nào, đó là vấn đề mà khóa luận tập trung phân tích Để làm rõ hơn những phân tích và nghiên cứu, trong khóa luận tác giả đã trình bày phần thí nghiệm mô phỏng với dự án MATES của Evan Sultanik Dựa trên kết quả thực nghiệm thu được, so sánh với các công thức lý thuyết tác giả đã đánh giá và đưa ra kết luận cho những nghiên cứu của mình

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 4 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

TÓM TẮT NỘI DUNG 3

BẢNG CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU 7

MỞ ĐẦU 8

Chương 1 TỔNG QUAN 10

1.1 Tổng quan mạng ngang hàng 10

1.1.1 Định nghĩa 10

1.1.2 Phân loại 11

1.1.3 Ưu điểm và nhược điểm của mạng ngang hàng 11

1.1.4 Các ứng dụng của mạng ngang hàng 12

1.2 Vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng không cấu trúc 13

1.2.1 Một số kĩ thuật tìm kiếm phổ biến 13

1.2.2 Xu hướng phát triển 15

Chương 2 CÔNG NGHỆ TÁC TỬ DI ĐỘNG 16

2.1 Tổng quan về tác tử di động 16

2.1.1 Lịch sử hình thành 16

2.1.2 Định nghĩa 16

2.1.3 Các đặc tính chính 17

2.2 Nguyên lý hoạt động 17

2.3 Ứng dụng 18

2.3.1 Những lợi điểm của tác tử di động 18

2.3.2 Các ứng dụng chính 19

Chương 3 MÔ HÌNH SỬ DỤNG TÁC TỬ DI ĐỘNG PHÁT HIỆN DỊCH VỤ TRONG CÁC MẠNG NGANG HÀNG KHÔNG CẤU TRÚC 21

3.1 Cơ sở lý thuyết 21

3.1.1 Chuỗi Markov và đường đi ngẫu nhiên 22

3.1.2 Thuật toán PageRank 24

3.2 Các tham số đánh giá hiệu năng 26

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 5 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

3.2.1 Xác suất tác tử tới thăm một host cho trước 26

3.2.2 Xác suất tác tử phát hiện dịch vụ 26

3.2.3 Hàm dự đoán tác tử nhìn thấy dịch vụ và thăm host 27

3.2.4 Thời gian kì vọng tác tử di chuyển ngẫu nhiên trở về nguồn 28

3.3 Mô hình triển khai 29

3.4 Đánh giá mô hình 30

Chương 4 CÁC THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 31

4.1 Chương trình mô phỏng MATES 31

4.1.1 Kiến trúc chương trình 31

4.1.2 Triển khai chương trình 34

4.1.3 Ưu điểm, nhược điểm của chương trình 36

4.2 Thí nghiệm đo tần suất tác tử tới thăm host 37

4.3 Thí nghiệm 2 39

4.4 Thí nghiệm 3 43

Chương 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45

LỜI KẾT 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 6 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

BẢNG CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

P2P Peer-to-Peer

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 7 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ BẢNG BIỂU

Hình 1-Mô hình mạng ngang hàng 10 Hình 2-Một agent di chuyển ngẫu nhiên trong mạng ngang hàng 22 Hình 3-Một vòng mô phỏng 31 Hình 4-Mối tương quan giữa xấp xỉ v và tần suất tác tử tới thăm host trong 100000 lần lặp 39 Hình 5-Hàm dự đoán F(N) và xác suất tới thăm host của tác tử có thông tin về dịch

vụ 42 Hình 6-Thời gian kì vọng tác tử về nguồn 44

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 8 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

MỞ ĐẦU

Ngày này cư dân mạng đã không còn lạ lẫm với thuật ngữ mạng ngang hàng (P2P) Mạng ngang hàng là bước phát triển từ mô hình mạng client/server truyền thống tới một mô hình mạng trong đó mỗi phần tử của mạng hoạt động với vai trò của cả client và server Mạng ngang hàng đã tỏ rõ ưu thế và ích lợi của mình trong vấn đề lưu trữ và băng thông Công nghệ mạng ngang hàng đã trở nên gần gũi và phổ dụng với người dùng Nó giảm những chi phí đắt đỏ bởi những người dùng có thể sử dụng chung và chia sẻ cho nhau những phần cứng, những tài nguyên mạng Một số hệ thống mạng ngang hàng đã trở nên quen thuộc với người dùng Internet như Napster, SETI@Home, ICQ P2P hiện đang được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực, bao gồm cả thương mại điện tử

Thu hút hàng nghìn kết nối từ người dùng mà không phải lo lắng tới vấn đề điều khiển tập trung và mở rộng, P2P vẫn phải đối mặt với vấn đề định vị tài nguyên do sự phân tán của mạng đặc biệt khi cấu trúc mạng không cố định mà thường xuyên thay đổi Các giao thức phát hiện tài nguyên phổ biến nhất trong mạng ngang hàng vẫn là truy vấn phát tràn và bảng băm phân tán Tuy nhiên phương thức phát tràn đặt ra bài toán tắc nghẽn trong mạng trong khi bảng băm phân tán lại yêu cầu tăng chi phí cho những cập nhật phân tán Giao thức tìm kiếm truyền thống trong mạng ngang hàng có thể được cải tiến nếu một nút bắt đầu truy vấn có một chút thông tin về nơi tìm kiếm tài nguyên mà không phải duy trì việc băm phân tán Một số thông tin như topo mạng, băng thông do các nút khác hỗ trợ

có thể được sử dụng để cung cấp hướng tìm kiếm cho những truy vấn sau này

Sự phát triển của khoa học máy tính, trí tuệ nhân tạo và công nghệ phần mềm cho ra đời một đối tượng khá hữu dụng giải quyết vấn đề trên đó là tác tử Một tác

tử là một đoạn mã có thể tiếp tục thi hành những hành động đã được lập trình mà không cần phải chịu sự giám sát của bộ quản lý trung tâm Các tác tử thông minh cũng có khả năng học hỏi thông tin từ môi trường để cải tiến hành động của chúng

và di chuyển từ một nút này tới nút khác để thực thi những tác vụ phân tán

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 9 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Tác tử phần mềm (software agent) là một hướng lập trình mới phù hợp để thực thi cơ chế tìm kiếm thông tin trong mạng ngang hàng không có cấu trúc Trong bối cảnh đó đề tài “Sử dụng tác tử di động phát hiện dịch vụ trong các mạng ngang hàng không có cấu trúc” đi sâu vào nghiên cứu giải pháp ứng dụng tác tử di động phát hiện dịch vụ trong mạng ngang hàng không có cấu trúc dựa trên thuật toán đường đi ngẫu nhiên và những cơ sở lý thuyết toán học Ý tưởng sử dụng tác tử di động phát hiện dịch vụ trong các mạng ngang hàng không có cấu trúc không phải là mới Vấn đề này đã được các nhà khoa học nghiên cứu và có những đánh giá nhất định Trong khuôn khổ của khóa luận này, tác giả chỉ nghiên cứu và xem xét các khía cạnh liên quan tới nguyên lý, cơ chế, những lý thuyết về thuật toán của giải pháp và đánh giá những lý thuyết đã đưa ra bằng những thí nghiệm mô phỏng cụ thể

Nội dung của khóa luận sẽ bao gồm những phần sau:

• Chương 1: Tìm hiểu chung về mạng ngang hàng, những phương pháp tìm

kiếm truyền thống trong mạng ngang hàng

• Chương 2: Giới thiệu công nghệ tác tử di động, từ khái niệm, phân loại, các

tính chất, nguyên lý hoạt động, các lợi điểm cho tới những ứng dụng của công nghệ này trong thực tiễn

• Chương 3: Nghiên cứu giải pháp sử dụng tác tử di động tìm kiếm thông tin

trong các mạng ngang hàng không có cấu trúc, cơ sở lý thuyết, các tham số liên quan và những đánh giá sơ bộ về giải pháp

• Chương 4: Giới thiệu chương trình mô phỏng và cài đặt những thí nghiệm cụ

thể để đánh giá giải pháp

• Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 10 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

mà không phải thông qua một máy chủ rành riêng Dưới đây là một ví dụ về mạng ngang hàng

Hình 1-Mô hình mạng ngang hàng

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 11 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

1.1.2 Phân loại

Có thể phân loại các mạng đồng đẳng hiện nay theo tiêu chí về mức độ tập trung của chúng như sau:

- Mạng ngang hàng “thuần túy”:

• Các máy trạm có vai trò vừa là máy chủ vừa là máy khách

• Không có máy chủ trung tâm quản lý mạng

• Không có bộ định tuyến trung tâm, các máy trạm có khả năng

• Sử dụng các trạm định tuyến để xác định địa chỉ IP của các máy trạm

Các mạng ngang hàng "thuần túy" có thể kể là Gnutella và Freenet Các mạng ngang hàng lai có nhiều loại: mạng P2P tập trung như Napste, mạng P2P phân tán như KazaA, mạng P2P có cấu trúc như CAN, mạng P2P không cấu trúc như Gnutella

1.1.3.1 Ưu điểm

Mạng ngang hàng thể hiện rõ ưu thế so với mạng theo mô hình Client/Server.Nó tận dụng được tiềm năng từ "cạnh" của Internet còn ít được khai thác Ví dụ chỉ cần từ 10 triệu máy tính 100 MHz nối vào mạng cùng một lúc, mỗi máy có dung lượng lưu trữ 100 MB, băng thông 1000 bps, 10% khả năng xử lý chưa được sử dụng đến

Nó không dựa trên server tập trung và thường hoạt động ngoài hệ thống tên miền mà sử dụng kiến trúc phẳng, tính kết nối cao để các máy tự tìm ra nhau, xác định nơi cung cấp dịch vụ và chủ động yêu cầu dịch vụ theo ý muốn

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 12 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Kiến trúc mạng ngang hàng cho phép phân tán trách nhiệm cung cấp dịch vụ đến tất cả các điểm nút trên mạng Chính vì thế đã loại bỏ vấn đề ngừng trệ dịch vụ

do nơi duy nhất cung cấp bị sự cố Đó chính là giải pháp khả biến hơn trong việc cung cấp dịch vụ

Mạng ngang hàng tận dụng băng thông trên toàn bộ mạng bởi vì các máy tính giao tiếp qua nhiều đường truyền khác nhau nên đã giảm đáng kể hiện tượng nghẽn tắc mạng

Mạng ngang hàng phục vụ tài nguyên với độ sẵn sàng cao, chi phí thấp đồng thời nâng cao hiệu suất khai thác trong khi đó thì mạng theo mô hình Client-Server thì phải cần thêm băng thông, thiết bị, phương tiện

Ứng dụng lớn nhất có thể kể đến của mạng ngang hàng là ứng dụng chia sẻ file Có hai công nghệ mạng ngang hàng trong lĩnh vực chia sẻ file điển hình là Napster và Gnutenlla Trong khi Napster cho phép người dùng trao đổi các file MP3 với nhau và có thêm chức năng gửi tin nhắn tức thời thì Gnutenlla có thể cho phép chia sẻ mọi kiểu file Napster sử dụng kiến trúc mạng ngang hàng lai ghép trong đó server lưu danh sách các file MP3 mỗi người dùng chia sẻ, cho phép người dùng tìm kiếm một file cụ thể và các file được trao đổi trực tiếp giữa các điểm nút Gnutella thì không sử dụng server

Ngoài ứng dụng chia sẻ file, mạng ngang hàng còn có ứng dụng tính toán phân tán SETI@Home và Distributed.net là hai ứng dụng điển hình của tính toán phân tán

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 13 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

1.2 Vấn đề tìm kiếm trong mạng ngang hàng không cấu trúc

1.2.1.1 Phát tràn

Phát tràn là chiến lược tìm kiếm đơn giản nhất và thông dụng nhất trong mạng ngang hàng Bởi thế mà mạng Gnutella đã sử dụng phương pháp tìm kiếm này Việc tìm kiếm được tiến hành như sau: đầu tiền nút cần tìm gửi đi một thông điệp do thám tới tất cả các hàng xóm của nó Các hàng xóm này sẽ chuyển những bản sao của thông điệp kia tới những nút hàng xóm kế tiếp trừ nút hàng xóm mà đã chuyển thông điệp tới nó Cứ như thế, công cuộc tìm kiếm được tiếp diễn

Trong quá trình thực thi phương pháp này cho thấy một số hạn chế và nhược điểm Hạn chế lớn nhất đó là vấn đề truyền tải Những thành phần tham dự vào mạng như những máy tính cá nhân tại gia hay ở cơ quan là những thành phần chịu ảnh hưởng nhiều nhất Nếu một máy tính phải xử lý rất nhiều gián đoạn mạng khi tham gia vào mạng ngang hàng, người dùng chắc sẽ chẳng do dự mà chọn giải pháp quay trở về với công việc thực tại hơn là cố gắng kết nối vào mạng chỉ để giải trí

Đó là một lý do làm giảm khả năng và sự hữu dụng của mạng ngang hàng Thật không may là thuật toán tìm kiếm phát tràn lại làm gia tăng vấn đề này

Gnutella đã sử dụng TTL(Time-To-Live) để điều khiển số chặng mà truy vấn

có thể lan truyền Tuy nhiên việc chọn số TTL làm sao cho thích hợp lại là cả vấn

đề Nếu TTL quá cao, các nút không cần thiết sẽ trở thành gánh nặng cho mạng còn nếu TTL quá thấp, nút có thể không tìm được đối tượng nó cần

Một vấn đề nữa với phương thức phát tràn này là có rất nhiều bản sao các thông điệp được phát tán ra Điều này đồng nghĩa với việc tăng chi phí trên mạng Những bản sao này gia tăng các quá trình xử lý ngắt tại mỗi nút nhận nhưng không

hề làm tăng cơ hội tìm thấy đối tượng cần

1.2.1.2 Mở rộng vòng

Khi phát tràn lộ rõ những hạn chế của mình thì những nhà phát triển mạng đã

cố gắng tìm ra những phương pháp thích hợp hơn, tối ưu hơn Đầu tiên họ nhắm vào vấn đề chọn TTL Với phương pháp vòng mở rộng thì một nút bắt đầu phát tràn

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 14 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

với số TTL nhỏ và đợi xem việc tìm kiếm có thành công hay không Nếu câu trả lời

là có thì nút sẽ dừng việc tìm kiếm Ngược lại, nút sẽ tăng số TTL và bắt đầu lượt phát tràn khác Tiến trình này lặp lại cho tới khi đối tượng được tìm thấy

Kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng, mặc dù liên tục lặp lại quá trình phát tràn đó nhưng so với phương pháp phát tràn truyền thống mà số TTL là cố định thì phương pháp mở rộng vòng vẫn giảm đáng kể tải mạng Tuy nhiên có thể thấy phương pháp này sẽ làm tăng độ trễ trong việc tìm ra đối tượng do nó phụ thuộc khá nhiều vào thời gian chờ

Mặc dù phương pháp mở rộng vòng đã giải quyết được vấn đề chọn số TTL, nhưng nó chưa giải quyết được vấn đề bản sao thông điệp Để giảm số lượng bản sao thông điệp ta thử một hướng tiếp cận khác, đó là đường đi ngẫu nhiên

1.2.1.3 Di chuyển ngẫu nhiên

Di chuyển ngẫu nhiên được đánh giá là một kĩ thuật tốt Nó gửi một thông điệp truy vấn tới một hàng xóm được chọn ngẫu nhiên tại mỗi bước cho tới khi đối tượng được tìm ra Ta gọi những thông điệp này là “những người đi đường”

Khi sử dụng phương pháp di chuyển ngẫu nhiên chuẩn (chỉ với một người đi đường), tải mạng sẽ được giảm xuống một cách đáng kể so với phương pháp mở rộng vòng Tất nhiên nó sẽ kéo theo độ trễ trong việc tìm ra đối tượng lớn hơn Để giảm độ trễ này ta sử dụng nhiều “người đi đường” hơn Thay vì gửi đi một thông điệp truy vấn, nút yêu cầu sẽ gửi đi k thông điệp truy vấn và mỗi thông điệp này lại

tự nó di chuyển một các ngẫu nhiên Dự tính là với k “người đi đường” sau T bước

sẽ đi qua một số nút tương tự như số nút mà một người đi đường đi được sau kT bước Và thực nghiệm quả đã chứng minh điều này Như vậy dùng k “người đi đường” hiệu quả công việc sẽ tăng lên gấp k lần và độ trễ tìm kiếm cũng giảm đi rất nhiều

Để giới hạn đường đi trong trường hợp có nhiều “người đi đường” các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm hai phương pháp: dùng TTL và kiểm tra Phương pháp dùng số TTL tương tự như phát tràn, mỗi đường đi ngẫu nhiên sẽ dừng sau một số chặng xác định Phương pháp kiểm tra thì khác, một “người đi đường” sẽ kiểm tra một cách định kì yêu cầu đầu tiên trước khi tiếp tục di chuyển một cách ngẫu nhiên tới nút khác Thực ra phương pháp kiểm tra vẫn sử dụng TTL, nhưng số TTL rất lớn và thường dùng để tránh lặp

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 15 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Ở phần sau của khóa luận ta cũng sẽ nghiên cứu phương pháp di chuyển ngẫu nhiên nhưng có sử dụng cơ chế khác

1.2.2 Xu hướng phát triển

Theo những phân tích ở trên ta có thể thấy phương pháp di chuyển ngẫu nhiên với k người đi đường có nhiều khả năng mở rộng hơn phương pháp phát tràn Chìa khóa cho tìm kiếm mở rộng trong mạng không có cấu trúc là bao quát được các nút đúng một cách nhanh nhất có thể và với chi phí thấp nhất có thể Trong mạng không

có cấu trúc, cách duy nhất để tìm các đối tượng là tới thăm tất cả các nút, như thế có thể nói chắc chắn là một nút sẽ có đối tượng cần tìm Tuy nhiên, để đến được nút yêu cầu thì một nút cần chú ý tới những vấn đề sau:

Tối giản những thông điệp lặp Mỗi truy vấn nên tới thăm một nút đúng một lần Càng nhiều lần tới thăm càng tốn nhiều chi phí và tăng tải mạng

Số nút tới thăm trong quá trình tìm kiếm nên nhỏ Trong mỗi bước di chuyển tiếp sau của quá trình tìm kiếm nên hạn chế số nút đã tới thăm Điều này có lẽ là khác nhau cơ bản giữa phương pháp phát tràn và phương pháp đường đi ngẫu nhiên

có nhiều người đi đường Trong phát tràn thì số nút tới thăm tăng theo hàm mũ còn trong đường đi ngẫu nhiên ở mỗi bước lặp sau thì số nút tới thăm tăng theo một hằng số Khi mỗi lần tìm kiếm chỉ yêu cầu chính xác một số nút để tới thăm thì các nút phụ được tới thăm trong phương pháp phát tràn chỉ làm tăng tải trên mỗi nút

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 16 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Khái niệm “software agent” được Mark Sidell và Chuck Knuff đưa ra năm

1994 Năm 1995 phiên bản đầu tiên của software agent xuất hiện.Tới những năm

1975 thì kĩ thuật lập trình phổ biến là lập trình hướng cấu trúc, những năm 1982 kĩ thuật lập trình phổ biến là lập tình hướng đối tượng và đến khi agent ra đời thì nó đã

mở ra một phương pháp lập trình mới

2.1.2 Định nghĩa

Để hiểu khái niệm về tác tử di động, ta đi từ khái niệm tác tử (agent) Khái niệm agent theo Nawana đề xuất năm 1996 là một thành phần phần mềm hoặc phần cứng có khả năng hoạt động chính xác để thay mặt chủ nhân hoàn thành nhiệm vụ

Nó là sự kết hợp của nhiều kĩ thuật tin học hiện đại như: kĩ thuật cơ sở dữ liệu và cơ

sở tri thức, máy học, AI và khoa học nhận dạng, phục hồi thông tin, các hệ thống phân tán, mobile code

Mobile agent (tác tử di động) là từ ghép của mobile (tính di động) và agent (tác tử) Xét trong bối cảnh mạng internet một mobile agent là một chương trình có khả năng di chuyển một cách tự trị từ nút mạng này sang nút mạng khác và thực hiện các xử lý thay thế con người hoàn thành nhiệm vụ

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 17 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

2.1.3 Các đặc tính chính

- Tính tự trị: là khả năng tự kiểm soát bản thân của agent sau khi được giao

việc mà không cần sự can thiệp nào của người dùng hoặc agent khác Khả năng này của agent chủ yếu được quyết định bởi tri thức trang bị cho agent Để đánh giá tính

tự trị của agent người ta thường dựa vào hai đặc tính là hướng đích (goal-oriented)

và tính chủ động (pro-activeness)

- Tính di động: là khả năng chuyển từ môi trường thi hành này sang môi

trường thi hành khác Có thể phân tính di động thành hai loại: di động mạnh và di động yếu Di động mạnh là khả năng mà hệ thống có thể di chuyển cả mã chương trình và trạng thái thi hành của agent tới một môi trường khác còn di động yếu là khả năng mà hệ thống chỉ có thể di chuyển mã chương trình giữa các môi trường thi hành với nhau, mã nguồn có thể mang kèm một số dữ liệu khởi tạo nhưng trạng thái thi hành thì không thể di chuyển

- Khả năng cộng tác: là khả năng liên lạc, phối hợp hoạt động của các agent

với các agent khác cùng môi trường hay với các loại đối tượng khác trong những môi trường khác

- Tính thích nghi: là khả năng agent có thể hoạt động trên những môi trường lạ

và cảm nhận được những thay đổi

2.2 Nguyên lý hoạt động

Về thực chất agent chỉ là một đoạn mã, nó cũng có vòng đời và tùy vào loại và mục đích sử dụng mà agent có chi tiết vòng đời khác nhau Tuy nhiên vòng đời của agent vẫn bao gồm những điểm chính sau:

Khi agent được tạo ra trên một host cũng là lúc vòng đời của agent bắt đầu Trong khoảng thời gian này thì các trạng thái ban đầu của agent cũng có thể được khởi tạo theo

Khi đã sẵn sàng hoặc được lệnh di trú tới một host khác nằm trong đường đi của agent, agent sẽ lưu lại trạng thái hiện hành của mình và tiến hành quá trình di trú Nếu quá trình di trú thất bại, agent sẽ tự ngừng hoạt động Sau một khoảng thời gian định trước hay được kích hoạt nó sẽ tiến hành lại quá trình di trú tới host khác Khi đã di trú tới host mới thành công, agent sẽ phục hồi trạng thái, khi đó nó bắt đầu thực thi nhiệm vụ của mình

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 18 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Sau khi agent hoàn thành nhiệm vụ, nó có thể bị hủy hoặc chuyển sang trạng thái ngủ đông cho đến khi có yêu cầu từ bộ đếm trong chính bản thân agent Khi đó agent sẽ lưu lại trạng thái của nó và di trú tới một host khác

Vòng đời agent lặp lại theo quy trình như trên cho đến khi nó hoàn thành nhiệm vụ hoặc hết thời gian hoạt động thì agent sẽ bị hủy

2.3 Ứng dụng

2.3.1 Những lợi điểm của tác tử di động

Tác tử di động có rất nhiều lợi điểm Dưới đây là một số lợi điểm chính

- Đóng gói các giao thức

Khi dữ liệu được trao đổi trong hệ thống phân tán, việc truyền và nhận dữ liệu phải được mã hóa bởi các giao thức cần thiết Các giao thức này được sở hữu bởi mỗi máy trong hệ thống Tuy nhiên, một khi các giao thức phải tiến hóa để phù hợp với những yêu cầu mới về bảo mật hoặc tính hiệu quả, chúng bắt đầu trở nên cồng kềnh, nặng nề và trở thành vấn đề nan giải Với giải pháp Mobile Agent, các agent

có thể mang trên mình các giao thức thích hợp và di chuyên tới các máy ở xa để thiết lập các kênh truyền nhận thông tin tương ứng

- Thi hành không đồng bộ và tự trị

Hãy tưởng tượng khi agent được nhúng các tác vụ cần thực hiện và được gửi lên mạng Lúc này agent trở nên độc lập thi hành không đồng bộ và có khả năng tự trị Các thiết bị di động sau đó có thể kết nối trở lại để đón agent về

- Khắc phục sự trễ mạng

Việc điều khiển các hệ thống có quy mô lớn thông qua mạng sẽ phải chấp nhận một giới hạn trễ nào đó Tuy nhiên điều này là không được phép nếu đó là những hệ thống thời gian thực như điều khiển robot, quy trình sản xuất…Với các

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 19 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

agent có thể được gửi đi từ một trung tâm điều khiển và hành động cục bộ, tự trị, trực tiếp thi hành các chỉ dẫn của người điều khiển thì vấn đề này xem ra đã có thể được giải quyết

2.3.2 Các ứng dụng chính

- Thu thập dữ liệu phân tán

Trong trường hợp có nhu cầu truy vấn phức tạp, chuyên biệt và liên quan đến nhiều nguồn dữ liệu phân tán, không đồng nhất, việc cử các mobile agent di chuyển đến các nguồn tin để khai thác tại chỗ và quay về với những thông tin cần thiết sẽ cho phép giảm tải mạng và giải quyết tốt hơn bài toán tương thích Đã có những dự

án thuộc loại này như Distributed Query Processing via Mobile Agents (University

of Maryland), DB Access (University of Cyprus)

- Thương mại điện tử

Các ứng dụng thương mại điện tử là môi trường hấp dẫn để phát triển công nghệ mobile agents Một giao dịch thương mại điện tử có thể bao gồm sự thương lượng với các thực thể ở xa và có thể đòi hỏi truy cập nguồn thông tin liên tục thay đổi Thực tế đó nảy sinh nhu cầu thay đổi hành vi của các thực thể để đạt được một nghi thức chung trong việc thương lượng Hơn nữa việc di chuyển các thành phần của ứng dụng tiến gần đến nguồn thông tin thích hợp cho giao dịch cũng được quan tâm

- Quản trị hệ thống mạng

Đối với những hệ thống mạng lớn, việc chuẩn đoán lỗi, duy trì sự ổn định của

hệ thống là các công việc rất khó khăn Việc ứng dụng mobile agent vào việc quản trị mạng sẽ giúp cho các công việc chuẩn đoán lỗi và duy trì từ xa sự ổn định của hệ thống được dễ dàng hơn

- Giám sát và phân tán thông tin

Các mobile agents là một minh họa cho mô hình Internet push Các agent có thể phổ biến tin tức và cập nhật phần mềm tự động cho các nhà sản xuất Các agent mang các thành phần phần mềm cũng như các thủ tục cần thiết đến các máy cá nhân của khách hàng và tự cập nhật phần mềm trên máy đó Mô hình này giúp cho nhà sản xuất chủ động hơn trong việc phục vụ khách hàng để đảm bảo chất lượng dịch

vụ của mình Mặt khác, các ứng dụng loại này cũng tỏ ra hiệu quả đối với các mạng

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 20 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

cục bộ hay các chương trình quản lý quy trình hoạt động, sản xuất…để giúp người quản trị giám sát các hệ thống con Có một số dự án ứng dụng loại này như Banking Dartflow [CAI-96], Autopilot [FOS-99]

- Xử lý song song

Vì các mobile agent có thể tạo ra nhiều bản sao của nó trên mạng, tận dụng đặc tính này mà mobile agent được ứng dụng để quản trị các tác vụ song song Một ứng dụng đòi hỏi quá nhiều tài nguyên bộ xử lý có thể được phấn bố cho các mobile agent mang đi thực hiện trên nhiều máy tính khác nhau để tận dụng các tài nguyên rảnh rỗi và cân bằng tải Một ví dụ của loại ứng dụng này là Hệ mobile agents không đồng nhất [HER-99]

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 21 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Chương 3 MÔ HÌNH SỬ DỤNG TÁC TỬ DI ĐỘNG PHÁT HIỆN DỊCH VỤ TRONG CÁC MẠNG NGANG HÀNG

KHÔNG CẤU TRÚC

Sự truyền thông từ một nút tới các hàng xóm của nó trong mạng ad-hoc và mạng ngang hàng vốn đã bị hạn chế, thế nên sự truyền thông trên nhiều chặng trong mạng càng trở nên khó khăn, điển hình là vấn đề định tuyến Những nghiên cứu gần đây tập trung vào vấn đề sử dụng tác tử di động để định tuyến trong mạng ad-hoc Hầu hết các phương pháp dựa vào việc sử dụng tần suất của tác tử tới thăm mỗi nút

để dự đoán topo mạng Những nghiên cứu sâu hơn thì tập trung vào vấn đề tìm kiếm dịch vụ phân tán trong mạng Dịch vụ phân tán có thể bao gồm cả những tác

tử tĩnh và tác tử di động

Chủ yếu do sự phát triển của công nghệ chia sẻ file ngang hàng, những nghiên cứu quan trọng đã được tiến hành trong lĩnh vực mạng động Kiến trúc tìm kiếm dịch vụ đã từng tồn tại trong những mạng như vậy, tuy nhiên khi muốn sử dụng lại cần phải đăng kí Trong mạng CAN (Content-Addressable Network) kĩ thuật tìm kiếm cũng đã được áp dụng trong vấn đề định vị Hướng tiếp tìm kiếm cơ bản thường giả định rằng các tác tử có thể tự di trú từ một máy này tới một máy khác trong mạng Các phương pháp dựa trên tác tử để tìm kiếm dịch vụ đã được triển khai Thêm vào đó CANs và DHTs giả sử rằng chỉ mục và các phần tử dữ liệu là cố định, không có cái nào trong những hướng tiếp cận này đề cập trực tiếp tới vấn đề

về xác định vị trí các dịch vụ di động

Trong chương 2 ta cũng đã biết được rất nhiều ưu điểm của tác tử di động Giải pháp dựa trên tác tử di động sẽ là một lựa chọn hợp lý cho bài toán tìm kiếm đang còn gặp nhiều khó khăn

3.1 Cơ sở lý thuyết

Phát hiện dịch vụ có thể được hiểu chính xác nhờ mô hình triển khai một tập các tác tử A, ngẫu nhiên trên đường đi của mình chọn một tập các hosts H trong mạng ngang hàng Một các đầy hình ảnh có thể tưởng tượng rằng các agent hoạt

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 22 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

động như những chú ong, công việc của chúng là “thụ phấn” cho mạng với những thông tin về vị trí của dịch vụ

Hình 2-Một agent di chuyển ngẫu nhiên trong mạng ngang hàng

Hướng tiếp cận này có ba lợi điểm quan trọng đó là không tốn băng thông mạng, các dịch vụ không cần phải được đăng kí và tính chất của đường đi ngẫu nhiên có liên quan nhiều tới những mô hình toán học, đó là những cơ sở khoa học chắc chắn Dưới đây ta sẽ áp dụng những mô hình toán học để mô tả những trạng thái của các tác tử này Ta sử dụng các tính chất của chuỗi Markov để mô hình hóa xác suất một tác tử sẽ tới thăm một host xác định, phân bố nhị phân để mô hình hóa xác suất một tác tử nhìn thấy một dịch vụ và một phân bố nhị phân khác để tính giá trị kì vọng số tác tử sẽ tới thăm một host trong một khoảng thời gian

3.1.1 Chuỗi Markov và di chuyển ngẫu nhiên

3.1.1.1 Chuỗi Markov

Nhắc lại một chút về lý thuyết giải tích, Chuỗi Markov là một quá trình thống

kê ngẫu nhiên thời gian rời rạc Đó là một tập các trạng thái S là các phần tử của ma trận xác suất chuyển P S có thể là hữu hạn hoặc vô hạn đếm được Ma trận xác suất chuyển P có một hàng và một cột cho mỗi trạng thái trong tập S Mỗi phần tử của

ma trận này Pij là xác suất chuyển sang trạng thái j từ trạng thái hiện tại là trạng thái

i Như vậy ∀i,j∈S:0≤Pij ≤1 và ∑ =

j ij

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 23 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

Một tính chất quan trọng của chuỗi Markov là trạng thái tương lai chỉ phụ thuộc vào trạng thái hiện thời và nó không xảy ra tại thời điểm hiện tại Theo luận điểm đó có thể thấy xác suất chuyển Pij chỉ phụ thuộc vào trạng thái i

Chuỗi Markov có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Với các ứng dụng Internet thì PageRank là thuật toán điển hình sử dụng mô hình chuỗi Markov mà ta sẽ tìm hiểu trong phần sau

3.1.1.2 Di chuyển ngẫu nhiên và dự đoán tác tử tới thăm một host

Di chuyển ngẫu nhiên theo đồ thị về bản chất là chuỗi Markov hữu hạn Nó có rất nhiều tính chất tương tự như chuỗi Markov

Thực nghiệm của Gkantsidis đã chỉ ra rằng với việc tìm kiếm một thông tin xuất hiện thường xuyên trong mạng thì với lượng thông điệp là ngang nhau, phương pháp đường đi ngẫu nhiên chắc chắn thực hiện tốt hơn phương pháp truyền thống phát tràn

Môi trường để tác tử thực thi nhiệm vụ là mạng ngang hàng động, đầy tính ngẫu nhiên, luôn thay đổi Ở đó tồn tại độ trễ của sự nhận biết những thay đổi về topo mạng Vì vậy mục đích cơ bản của các tác tử cũng là di chuyển một cách ngẫu nhiên trong mạng để thu thập thông tin Hành động của các tác tử chỉ bao gồm việc

di chuyển ngẫu nhiên từ nút mạng hiện thời tới một hàng xóm của nó Tại mỗi nút, tác tử truy vấn dịch vụ, lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ

Tần suất tác tử tới thăm một host có thể được dự đoán nhờ hàm F(N) Hàm

F(N) cho biết xác suất một tác tử a ∈ A với thông tin về dich vụ s ∈ S sẽ tới thăm một host h ∈ H trong thời gian t N là một mô tả trạng thái cục bộ bao gồm các

thành phần:

t – độ dài khoảng thời gian

v – xác suất một tác tử sẽ ở tại host h

Nguyễn Thị Kim Oanh – K50MTT Trang 24 ĐH Công nghệ - ĐH Quốc Gia HN

τ – thời gian lớn nhất mà tác tử nhìn thấy dịch vụ s

F(N) được định nghĩa như một ánh xạ từ N tới xác suất thực:

F: (t, v, η, |H|, |A|, l, τ ) α [0,1] (1)

Theo đánh giá trực quan thì |A| càng lớn, |H| và l càng nhỏ sẽ có càng nhiều tác

tử tới thăm host

Kalman Filtering là phương pháp đánh giá trạng thái của một hệ thống động tuyến tính từ một chuỗi các phép đo Tuy nhiên tần suất tác tử mang thông tin tới thăm một host sẽ không theo phân bố Gaussian tuyến tính, đặc biệt là với mạng có

độ thay đổi lớn, vì thế hàm F(N) không thể được dự đoán bằng phương pháp tương

tự như Kalman Filtering

3.1.2 Thuật toán PageRank

Để dự đoán tần suất tới thăm một host xác định của các tác tử di chuyển ngẫu nhiên, ta cần tính xác suất một tác tử sẽ tới thăm một host xác định tại một thời điểm nào đó PageRank là thuật toán giúp ta làm việc đó

PageRank là thuật toán phân tích liên kết để đánh giá trọng số của mỗi phần tử trong tập các tài liệu siêu liên kết ví dụ như WWW Thuật toán này được sử dụng trong công cụ tìm kiếm nổi tiếng Google Nó sẽ xác định xác suất mà một người lướt web ngẫu nhiên sẽ thăm một trang tại một thời điểm nào đó Nếu N là số trang web đã biết và một trang i có ki liên kết thì xác suất chuyển từ trang i tới các trang

khác mà i liên kết tới là và cho các trang mà i không có liên kết tới Trong đó tham số α thường được lấy giá trị bằng 0.85

PageRank dùng chuỗi Markov để mô hình hóa đường đi ngẫu nhiên theo đồ thị của mạng Internet Thuật toán này cũng được áp dụng để tính xác suất một tác tử

sẽ tới thăm một host xác định tại một thời điểm nào đó Nó lợi dụng tính dừng của

đồ thị, tính toán vecto đặc trưng πρcủa ma trận kề J Vecto đặc trưng πρ tương ứng với giá trị riêng λ1bởi phương trình πρJ = λ π1 ρ và πρ chứa xác suất một agent di chuyển ngẫu nhiên sẽ ở trên một nút bất kì Trong trường hợp liên quan tới đường

đi ngẫu nhiên thì J là ma trận xác suất chuyển từ host này tới host khác trong mạng

Ma trận J có dạng: