ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHẠM BÁ BINH

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH KIẾN TRÚC VÀ

PHỐI HỢP AGENT CHO CÁC DỊCH VỤ WEB

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Ha Nội - 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

PHẠM BÁ BINH

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH KIẾN TRÚC VÀ

PHỐI HỢP AGENT CHO CÁC DỊCH VỤ WEB

Ngành: Công nghệ thông tin

Chuyên ngành: Khoa học Máy tính

Mã số: 60 48 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. NGUYỄN VIỆT HÀ

Ha Nội – 2015

2

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan: Luận văn “Nghiên cứu mô hình kiến trúc và phối hợp

agent cho các dịch vụ web” la công trình nghiên cứu của riêng chúng tôi.

Các kết quả nêu trong bản luận văn nay la trung thực va chưa từng được ai

công bố trong bất cứ công trình nao khác.

Hà Nội, tháng 10 năm 2015

Phạm Bá Binh

3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... 1

MỤC LỤC .................................................................................................................. 3

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ..................................................................................... 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................... 5

DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................................. 6

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 7

1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 7

2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 8

3. Cấu trúc luận văn ................................................................................................ 9

Chương 1 .................................................................................................................. 10

CÔNG NGHỆ AGENT VÀ DỊCH VỤ WEB ......................................................... 10

1.1. Agent va hệ đa agent ...................................................................................... 10

1.1.1. Agent ....................................................................................................... 10

1.1.2. Agent di động .......................................................................................... 11

1.1.3. Hệ đa agent .............................................................................................. 12

1.1.4. Phối hợp giữa các agent .......................................................................... 13

1.2. Nền tảng JADE .............................................................................................. 14

1.2.1. JADE và Agent ........................................................................................ 14

1.2.2. Kiến trúc JADE ....................................................................................... 15

1.3. Công nghệ dịch vụ web ................................................................................. 18

1.3.1. Khái niệm ................................................................................................ 18

1.3.2. Cơ chế hoạt động dịch vụ web ................................................................ 19

1.3.3. Các thanh phần của dịch vụ web ............................................................. 19

1.3.4. Đặc điểm của dịch vụ web ...................................................................... 20

1.4. Tích hợp agent va dịch vụ web ...................................................................... 21

Chương 2 .................................................................................................................. 23

MÔ HÌNH KIẾN TRÚC .......................................................................................... 23

2.1. Kiến trúc ........................................................................................................ 23

2.1.1. Kiến trúc chung ....................................................................................... 23

2.1.2. Kiến trúc proxy ........................................................................................ 25

2.1.3. Kiến trúc Server ...................................................................................... 26

2.2. Đánh giá hiệu năng mô hình .......................................................................... 28

2.3. Mở rộng mô hình ........................................................................................... 31

Chương 3 .................................................................................................................. 34

PHỐI HỢP CÁC AGENT ........................................................................................ 34

3.1. Agent quảng bá dịch vụ ................................................................................. 34

3.1.1. DF agent .................................................................................................. 34

3.1.2. Công bố dịch vụ ...................................................................................... 34

4

3.1.3. Tìm kiếm dịch vụ .................................................................................... 35

3.2. Tổ chức va di chuyển agent ........................................................................... 35

3.3. Phối hợp các agent ......................................................................................... 35

3.3.1. Khái niệm ................................................................................................ 35

3.3.2. Sự cần thiết phải phối hợp ....................................................................... 36

3.3.3. Các phương pháp điều khiển phối hợp ................................................... 38

3.3.3.1. Phối hợp bằng chia sẻ công việc ....................................................... 38

3.3.3.2. Phối hợp bằng chia sẻ kết quả .......................................................... 38

3.3.3.3. Phối hợp bằng lập kế hoạch .............................................................. 39

3.3.3.4. Phối hợp bằng cấu trúc tổ chức ........................................................ 40

3.3.3.5. Phối hợp thông qua ý định chung ..................................................... 41

3.3.3.6. Phối hợp bằng quy tắc va luật ........................................................... 43

3.4. Phối hợp agent trong kiến trúc đề xuất .......................................................... 46

3.4.1. Phân rã yêu cầu va tổng hợp kết quả ....................................................... 47

3.4.2. Mô hình phối hợp .................................................................................... 47

3.4.3. Phương pháp phối hợp ............................................................................ 48

Chương 4 .................................................................................................................. 50

THỰC NGHIỆM ...................................................................................................... 50

4.1. Mô phỏng mô hình ......................................................................................... 50

4.1.1. Công cụ Network Simulator 2 (NS2) ...................................................... 50

4.1.2. Môi trường mô phỏng ............................................................................. 50

4.1.3. Các kết quả va đánh giá .......................................................................... 50

4.2. Xây dựng hệ thống ......................................................................................... 56

4.2.1. Công nghệ va môi trường xây dựng ........................................................ 56

4.2.2. Xây dựng các thanh phần hệ thống ......................................................... 56

4.2.2.1. Phía Server ........................................................................................ 56

4.2.2.2. Phía Proxy ......................................................................................... 56

4.2.2.3. Phía Client ......................................................................................... 56

4.2.3. Hoạt động ................................................................................................ 57

4.3. Kết quả thực nghiệm ...................................................................................... 58

4.4. Một số hạn chế của mô hình .......................................................................... 59

KẾT LUẬN .............................................................................................................. 60

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 62

PHỤ LỤC ................................................................................................................. 64

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Từ/Cụm từ đầy đủ

AID Agent Identify

AMS Agent Managerment System

5

CT Container Table

DF Directory Factor

GADT Global Agent Description Table

J2ME Java 2 Micro Edition

NS2 Network Simulator 2

SOAP Simple Object Access Protocal

TCL Tool Command Language

TCP Transmission Control Protocol

UDDI Universal Description, Discovery and Intergration

UDP User Datagram Protocol

W3C World Wide Web Consortium

WSDL Web Service Definition Language

XML EXtensible Markup Language

6

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Thời gian đáp ứng của 2 mô hình ................................................. 53

Bảng 4.1. Số lượng yêu cầu va dung lượng đến Proxy va Server trong mô

hình Client-Proxy-Server .............................................................................. 58

7

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Cấu trúc cơ bản của một agent di động [6] .............................................. 11

Hình 1.2. Mối liên hệ giữa các thanh phần trong một Platform [6] ......................... 15

Hình 1.3. Biểu đồ mối quan hệ giữa các phần tử trong kiến trúc [6] ...................... 16

Hình 1.4. Mối quan hệ giữa các agent trong một platform [6] ................................ 17

Hình 1.5. Mô hình truyền thông điệp không đồng bộ trong JADE [6] .................... 18

Hình 1.6 Cơ chế hoạt động của dịch vụ web [15] .................................................... 19

Hình 1.7 Kiến trúc tích hợp agent va các dịch vụ web [6] ...................................... 21

Hình 2.1 Mô hình mạng Client – Server .................................................................. 23

Hình 2.2. Mô hình mạng Client – Proxy – Server ................................................... 23

Hình 2.3. Mô hình hoạt động của agent [12] ........................................................... 24

Hình 2.4 Kiến trúc Proxy ......................................................................................... 25

Hình 2.5 Kiến trúc Server ........................................................................................ 27

Hình 2.6 Kiến trúc hệ thống Client – Proxy – Server .............................................. 28

Hình 2.7. Mô hình thời gian đáp ứng agent [15] ..................................................... 29

Hình 2.8. Đồ thị so sánh thời gian đáp ứng [15] ...................................................... 30

Hình 2.9 Mô hình dịch chuyển agent ....................................................................... 31

Hình 2.10 Điều kiện xử lý yêu cầu .......................................................................... 32

Hình 3.1. Dịch vụ trang vang [6] ............................................................................. 34

Hình 3.2 Các dạng quan hệ giữa các hanh động ..................................................... 37

Hình 3.3 Mô hình Cohen và Levesque .................................................................... 42

Hình 3.4 Ví dụ quy ước xã hội ................................................................................ 43

Hình 3.5. Mô hình phối hợp agent đề xuất .............................................................. 47

Hình 3.6. Tiến trình phối hợp agent ......................................................................... 48

Hình 4.1. Mô phỏng client-proxy-server trên NS2 ................................................. 51

Hình 4.2. Giao diện kết quả chạy NS2 [15] ............................................................. 52

Hình 4.3. Đồ thị thời gian đáp ứng của mô hình Client – Server ............................ 54

Hình 4.4. Đồ thị thời gian đáp ứng của mô hình Client – Proxy – Server .............. 54

Hình 4.5. Đồ thị so sánh thời gian đáp ứng của 2 mô hình [15] .............................. 55

Hình 4.6. Biểu đồ tuần tự của hệ thống ................................................................... 57

8

MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Vai năm trở lại đây, với sự bùng nổ của các loại máy tính cũng như các thiết bị như điện

thoại thông minh, xe thông minh, nha thông minh... mạng internet đã thực sự trở thanh

mạng toan cầu va kết nối đến những nơi xa xôi nhất. Sự cải thiện về cơ sở hạ tầng mạng

dường như chưa đáp ứng được nhu cầu khổng lồ của các thiết bị truy cập mạng. Do đó, tốc

độ truy cập còn hạn chế, nhiều dịch vụ chưa đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng. Lỗi

mạng, trễ mạng, tốc độ chậm không chỉ tiêu tốn thời gian công sức ma đôi khi còn gây

những thiệt hại về kinh tế cho người dùng. Hệ thống có số lượng truy cập cang lớn thì tỉ lệ

lỗi cang tăng, tốc độ cang giảm nhất la khi các truy cập về một dịch vụ được thực hiện tại

cùng một thời điểm. Điều nay la một hạn chế lớn của mô hình mạng Client-Server. Hầu hết

các tính toán đều được thực hiện bởi Server rồi gửi kết quả về Client nên tiềm ẩn nhiều rủi

ro về quá tải Server hay mất mát thông tin. Rất nhiều nghiên cứu để cải thiện tốc độ mạng

đã được thực hiện. Ý tưởng về việc sử dụng các máy chủ phân tán được đề xuất trong [7,

10]. Phương pháp mở rộng miền cung cấp dịch vụ trong [9]. Hay một nền tảng cho việc

thiết kết va phát triển các ứng dụng phân tán dựa trên agent di động trong [8].

Trong thực tế, rất nhiều Client truy cập đến Server từ một mạng con va cùng có yêu

cầu tính toán giống nhau. Ví dụ như một hệ thống thi trực tuyến gồm nhiều địa điểm thi

khác nhau. Tại mỗi điểm thi, yêu cầu về giao diện, tạo bai thi, kiểm tra kết quả của mỗi

Client la tương tự nhau. Hay một hệ thống cung cấp dịch vụ kế toán cho các công ty, mỗi

công ty có nhiều phòng ban, nhân viên sử dụng dịch vụ nay. Dễ thấy, sẽ có nhiều tính toán

được yêu cầu lặp lại bởi các phòng ban, nhân viên. Tất cả những tính toán giống nhau nay

đều phải đưa đến Server để tính toán va trả lại kết quả thì thật la một sự lãng phí về băng

thông mạng, chi phí xử lý va thời gian chờ đợi. Giải quyết vấn đề nay, một mô hình sử

dụng đa agent trong giảng dạy trực tuyến được đề cập trong[3]. Một số kỹ thuật va kiến

trúc dựa trên phần mềm agent cho thương mại điện tử được giới thiệu trong[4]. Cơ sở hạ

tầng phục vụ phối hợp agent cho các ứng dụng web được xây dựng trong [11, 15].

Bên cạnh đó, công nghệ dịch vụ web đang được áp dụng rộng rãi để xây dựng các

hệ thống thông tin phân tán, cung cấp các tiện ích khả mở va thuận tiện cho các ứng dụng

mạng cũng như người sử dụng. Va cũng với lý do có hang tỉ ứng dụng cùng các thiết bị

cùng tham gia sử dụng dịch vụ nên công nghệ nay còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết như

khả năng đáp ứng cho các ứng dụng, khả năng phối hợp giữa các dịch vụ, hay hiệu năng

của dịch vụ với việc trợ giúp tăng hiệu năng của hệ thống. Giải pháp cân bằng tải dựa trên

chất lượng dịch vụ đã được đưa ra trong [10]. Hay hướng tiếp cận sử dụng agent di động

để chuyển mã nội dung ảnh được giới thiệu trong [13]. Với mục tiêu tương tự, chúng tôi đề

xuất kiến trúc sử dụng các agent di động trong [17]. Kiến trúc dịch vụ web kết hợp với việc

phối hợp các agent nay giúp giải quyết vấn đề đường truyền va giảm tải hệ thống. Đồng

thời, cung cấp một số dịch vụ có tính khả mở cao tương thích với các ứng dụng. Ý tưởng

chính la sử dụng hệ thống các agent phối hợp thực thi ở gần phía người dùng để đáp ứng

nhanh nhất các yêu cầu dựa trên kiến trúc mạng gồm ba lớp Client – Proxy – Server. Nền

tảng nay giúp giảm tải cho máy chủ web cũng như giảm lưu lượng trên toan mạng, giảm

9

lỗi mạng. Phần lõi của kiến trúc la một dịch vụ được thực hiện bởi một hoặc một số agent

có khả năng di chuyển để mang dịch vụ nay tới máy chủ proxy được đặt gần các client.

Mỗi agent biết khả năng của mình va những dịch vụ ma các agent khác cung cấp do đó nó

sẽ chủ động thực thi hoặc phối hợp với các agent khác để thực thi tại proxy. Nhờ đó, thời

gian đáp ứng yêu cầu dịch vụ giảm đáng kể vì các Client chỉ cần kết nối tới Proxy thay vì

kết nối tới Server ở rất xa. Các vấn đề nút thắt cổ chai va quá tải Server cũng được ngăn

chặn va giảm thiểu. Trong luận văn nay, tôi xin trình bay những nghiên cứu của chúng tôi

về kiến trúc hệ thống, sự phối hợp của các agent, đánh giá hiệu năng của mô hình ba lớp

Client-Proxy-Server tập trung vao thời gian đáp ứng yêu cầu dịch vụ. Phần mô phỏng hệ

thống trên công cụ mô phỏng mạng va một ứng dụng minh họa cũng sẽ được trình bay.

2. Phạm vi nghiên cứu

Trong thời gian thực hiện luận văn, tôi cùng các đồng nghiệp đã tập trung nghiên cứu về

mô hình kiến trúc mạng ba lớp Client-Proxy-Server với sự phối hợp của các agent để đáp

ứng yêu cầu dịch vụ. Những nội dung nghiên cứu nay thuộc lĩnh vực mạng máy tính va

công nghệ phần mềm. Trong lĩnh vực mạng mánh tính, chúng tôi đề xuất một mô hình kiến

trúc giúp giảm tải mạng, giảm trễ đường truyền, giảm tải server. Các giao thức mạng va

phương thức truyền cũng như việc đảm bảo chất lượng dịch vụ cũng được xem xét. Phần

lõi của kiến trúc thuộc về lĩnh vực công nghệ phần mềm. Chúng tôi nghiên cứu về công

nghệ agent phần mềm, tập trung vao agent di động va các phương pháp sắp xếp, phối hợp

agent. Công nghệ dịch vụ web cũng được chúng tôi nghiên cứu va tích hợp cùng agent.

3. Cấu trúc luận văn

Phần còn lại của luận văn được tổ chức trong 4 chương va phần kết luận. Chương 1 là

phần giới thiệu về công nghệ agent, công nghệ dịch vụ web, những khái niệm, đặc điểm va

cách thức hoạt động phục vụ cho nghiên cứu nay. Chương 2 trình bay tổng quan kiến trúc

mạng 3 lớp sử dụng hệ thống agent bao gồm mô hình tổng quát, kiến trúc cụ thể của

Server, Proxy; cách thức tiếp nhận, xử lý, chuyển tiếp, hồi đáp yêu cầu tại Proxy Server.

Đánh giá hiệu năng hệ thống dựa trên mô hình toán học. Chương 3 giới thiệu các phương

pháp phối hợp agent va phương pháp phối hợp agent để đáp ứng yêu cầu dịch vụ trong

kiến trúc đề xuất. Những vấn đề liên quan cũng được đề cập như sự quảng bá tác vụ của

một agent, việc chuyển giao yêu cầu dịch vụ nhờ Gateway Agent, sự giao tiếp giữa các

agent hay chiến lược thực thi, phối hợp, di chuyển của các agent. Chương 4 trình bay chi

tiết về hai thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của mô hình đề xuất. Đầu tiên la mô phỏng

mô hình bằng công cụ mô phỏng mạng. Sau đó la triển khai hệ thống va xây dựng một ứng

dụng nhỏ trên thực tế. Phần kết luận đưa ra các nhận xét va đánh giá tổng quát về hiệu quả

của hệ thống, những vấn đề còn tồn tại cũng như hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tai.

Hình 2.9 Mô hình dịch chuyển agent

Trong hình 2.9, mỗi máy chủ proxy được kết nối với một nhóm client thông qua

mạng cục bộ. Do đó, nó sẽ đáp ứng gần như ngay lập tức yêu cầu của client. Kết nối giữa

máy chủ proxy va máy chủ web thông qua internet. Thời gian đáp ứng của hệ thống la tổng

10

TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt

1. Lê Tấn Hùng, Từ Minh Phương, Huỳnh Quyết Thắng (2006), Tác tử - Công nghệ phần

mềm hướng tác tử, NXB Khoa học va Kỹ thuật, Ha Nội

2. Trần Hạnh Nhi, Lê Đình Duy, Nguyễn Đông Ha, Thái Trí Hùng, Văn Trọng Nam,

Huỳnh Tấn Năng, Nguyễn Huy Thẩm, Nguyễn Thái Huy, phan Đình Thế Huân, Hồ Thị

Mỹ Huyền, Lê Văn Triều (2004), Tổng quan về Mobile Agent, Đại Học Khoa học Tự

nhiên, Đại học Quốc gia TP. HCM

3. Đỗ Văn Nhơn, Nguyễn Trần Minh Khuê (2007), Xây dựng một mô hình hệ thống multi-

agent va ứng dụng trong e-Learning, Tạp chí BCVT & CNTT kỳ 3 10/2007, Trang 100-

107

4. Trần Đình Quế, Nguyễn Mạnh Sơn, Nguyễn Mạnh Hùng (2005), Nghiên cứu phát triển

kỹ thuật va kiến trúc hệ phần mềm dựa trên agent cho thương lượng tự động trong thương

mại điện tử thế hệ thứ 2, Báo cáo đề tai nghiên cứu 58-04-KHKT-RD, Tổng công ty Bưu

chính Viễn thông.

5. Trần Đình Quế (2010), Phát triển phần mềm hướng agent, Bai giảng danh cho sinh viên

nganh Công nghệ Thông tin, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông, Trang

Tiếng Anh

6. Fabio Bellifemine –Giovanni Caire–Dominic Greenwood (2007), Developing multi-

agent systems with JADE, John Wiley & Sons Ltd, England

7 J. Cao, Y. Sun, X. Wang, and S. K. Das (2003) Scalable load balancing on distributed

web servers using mobile agents. Journal of Parallel and Distributed Computing, 996-1005

8. G. Chen, J. Lu, J. Huang, and Z. Wu (2010). Saaas – the mobile agent based service for

cloud computing in internet environment, In Proc. Sixth Int Natural Computation (ICNC)

Conf, volume 6, 2935-2939

9. L. Cherkasova, (2000). Flex: load balancing and management strategy for scalable web

hosting service, In Proceedings of the Fifth International Symposium on Computers and

Communications.

10. M. Conti, E. Gregori, and F. Panzieri (1999). Load distribution among replicated web

servers: a qos-based approach, In Proceedings of the Second ACM Workshop on Internet

Server Performance.

11. E. Denti and A. Omicini (2000), A coordination infrastructure for agent-based internet

applications, IEEE 9th

International Workshops on Enabling Technologies: Infrastructure

for Collaborative Enterpries

12. J. L. Hsiao, H. P. Hung, and M. S. Chen (2008). Versatile transcoding proxy for

internet content adaptation. IEEE Transaction on Multimedia, 646-658.

13. V.-H. Nguyen, T. D. Bui, Q.-D. Vu, N. T. T. Hien (2010), Towards scalable agent

based web service systems, Proc, 4th

Int New Trens Information Science and Service

Science (NISS) Conf, 210-213

14. Omicini, A., Zambonelli, F. (2000), Coordination infrastructure for agent-based

internet application, IEEE 9th

International Workshops on Enabling Technologies,

Infrastructure for Collaborative Enterprises, 251-269

15. Kiet T. Tran (2013) Introduction to Web Service with Java, 1st edition

16. M. Wooldridge (2009), An Introduction to Multiagent Systems, John Wiley & Sons,

England

11

17. Quang-Dung Vu, Ba-Binh Pham, Dinh-Hieu Vo, Viet-Ha Nguyen (2011), Performance

evaluation of scalable mobile agents based web service systems, The 13th

International

Conference on Information Integration and Web-based Applications & Services, Ho Chi

Minh, Viet Nam.

18. Z. Zhu, J.-Y. Wang, Z. Yang, and F. Lei (2005), Internet information retrieval system

based on mobile agent, Proc. Int Machine Learning and Cybernetics Conf, volume 1,

pages 62-66