Μοντελοποίηση και προσομοίωση συστημάτων πρακτόρων σε κατανεμημένα υπολογιστικά περιβάλλοντα

Abstract

The rapid progress of modern technology in our days as well as the wide use of computers led to the need of finding new ways to address new issues. The digitization of any form of information, in order to be transmitted via the internet, pushed towards the creation of new models for software development. The notion of agents has been used in the computer science in a variety of ways. Software agents are programs that act on behalf of people. They are able to perform specified tasks that are assigned to them and they can accomplish that with or without the supervision of the user, according to the requirements of the given job. Mobile agents have an additional property. The ability to transport themselves on different systems after being executed, carrying with them their program code, current state of execution and any data that they obtained. This gives them the unique capacity of living on a distributed network rather than on a distant stationary system, and to take advantage of the services that each host has to offer locally. Furthermore, mobile agents allow proprietary code to be used on the hosts, allowing complete customization of the retrieved results. The hosts should implement a specified environment that can authenticate the origin and credentials of the arriving mobile agents, provide for them the necessary execution machine and limit their access to system resources. The ability of mobile agents to work in heterogeneous networks makes them an ideal alternative to the client-server approach for information searching and dissemination. The subjects that are covered in this thesis are presented in the following paragraphs. The notion of agents in the computer science is presented. Alternative software development approaches for network based applications are presented. The basic characteristics of mobile agents are discussed and their usefulness along with their advantages and disadvantages are presented. Finally the technologies that led to the current form of mobile agents are examined. An approach is presented for the searching and retrieving information from the internet with the use of mobile agents. The problems that can arise from the behaviour and inner workings of modern web based search engines are examined. Wireless networks that are used today by portable devices, their bandwidth as well as their cost are also discussed. The structure and operation of the proposed algorithm are presented. The use of mobile agents as an alternative means of disseminating large volume of static data is proposed. This can be achieved by using a peer-to-peer system that is based on mobile agents. The operation and structural elements that compose this network are presented. The dissemination patterns in peer-to-peer networks are investigated. Centralized and decentralized approaches are presented for the dissemination of large amounts of highly anticipated static data. The networks are modelled and simulated in order to extract conclusions about their performance under different conditions. The results are used to discuss ways of optimizing these and other similar networks. The use of mobile agents is explored as a mean of packet diffusion. This approach gives a great flexibility on the rooting of the packets as the agents’ itinerary can be formed dynamically. Mobile agents can act as individual entities reacting to new information as they become available. An approach that makes use of mobile agents as a mean of delivering coarse grain packets is proposed. The network is modelled and simulated under a heavy workload. The results are compared to those of other networks and conclusions are drawn about the network behaviour under different conditions.

Η ραγδαία ανάπτυξη της τεχνολογίας στις μέρες μας καθώς και η ευρεία χρήση των ηλεκτρονικών υπολογιστών οδήγησαν στην ανάγκη αξιοποίησης νέων προσεγγίσεων για την επίλυση προβλημάτων. Η ψηφιοποίηση κάθε μορφής πληροφοριών με σκοπό τη μετάδοσή τους μέσω του διαδικτύου, έδωσε ώθηση στη δημιουργία νέων μοντέλων ανάπτυξης λογισμικού. Η χρήση πρακτόρων στην πληροφορική έχει γίνει σε ένα μεγάλο φάσμα εφαρμογών. Οι πράκτορες λογισμικού είναι προγράμματα που σχεδιάζονται με σκοπό την αυτόνομη λειτουργία και την ολοκλήρωση μιας προκαθορισμένης εργασίας με ή χωρίς την επίβλεψη του χρήστη. Οι κινητές λογισμικές μονάδες πρακτόρων έχουν ορισμένες πρόσθετες ιδιότητες όπως να μεταφέρονται σε διαφορετικά συστήματα μετά από την εκτέλεσή τους και να φέρουν μαζί τους τον κώδικά τους, τα δεδομένα τα οποία ανέκτησαν μετά την εκτέλεσή τους καθώς και την παρούσα κατάσταση της εκτέλεσής τους. Επιπλέον, οι κινητοί πράκτορες επιτρέπουν την εκτέλεση συγκεκριμένου κώδικα σε απομακρυσμένους εξυπηρετητές επιτρέποντάς τους να χρησιμοποιούν τις υπηρεσίες που ο εξυπηρετητής παρέχει με όποιον τρόπο αυτοί απαιτούν. Οι εξυπηρετητές πρέπει να εκτελούν το κατάλληλο λογισμικό το οποίο θα φιλοξενεί τους πράκτορες και θα μπορεί να επικυρώσει την προέλευση και τα πιστοποιητικά ασφάλειάς τους. Η ιδιότητα των κινητών πρακτόρων να δρουν σε ετερογενή δίκτυα, τους αναδεικνύει ως ένα σημαντικό εργαλείο ανάπτυξης νέων λύσεων σε θέματα αναζήτησης και διάχυσης πληροφορίας έναντι της κλασσικής προσέγγισης πελάτη-εξυπηρετητή. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα θέματα που καλύπτονται στην παρούσα διατριβή. Παρουσιάζεται η έννοια των πρακτόρων στην επιστήμη της πληροφορικής. Επίσης παρουσιάζονται προσεγγίσεις που έχουν χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη εφαρμογών που βασίζονται στα δίκτυα. Παρουσιάζονται και αναλύονται η έννοια των κινητών λογισμικών μονάδων πρακτόρων καθώς και τα χαρακτηριστικά τους. Γίνεται μια εμβάθυνση στη χρησιμότητά τους καθώς και στα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά τους. Τέλος γίνεται μια ανασκόπηση των τεχνολογιών που οδήγησαν στη σημερινή μορφή των κινητών λογισμικών μονάδων πρακτόρων. Παρουσιάζεται μια προσέγγιση για την αναζήτηση πληροφοριών στο διαδίκτυο με τη χρήση τον κινητών πρακτόρων. Γίνεται μια αναφορά στα προβλήματα που μπορεί να προκύψουν από τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι σύγχρονες δικτυακές μηχανές αναζήτησης. Γίνεται επίσης μια συζήτηση για τα ασύρματα δίκτυα που χρησιμοποιούνται σήμερα από φορητές συσκευές, το κόστος τους καθώς και το συχνά χαμηλό εύρος ζώνης τους. Αναλύεται επίσης η δομή και η λειτουργία μιας προσέγγισης που αντιμετωπίζει το πρόβλημα της αναζήτησης ιστοσελίδων από φορητές συσκευές. Αυτό γίνεται με τη χρήση κινητών πρακτόρων οι οποίοι μεταφέρουν την εργασία αναζήτησης και επαλήθευσης σε έναν κεντρικό υπολογιστή με το ανάλογο λογισμικό. Προτείνεται η χρήση κινητών πρακτόρων ως ένα εναλλακτικό μέσο διαμοιρασμού μεγάλου όγκου στατικών δεδομένων σε μεγάλο πλήθος χρηστών. Αυτό γίνεται με τη δημιουργία ενός συστήματος ίσος-προς-ίσο το οποίο βασίζεται σε κινητούς πράκτορες. Οι πράκτορες μπορούν να χρησιμοποιηθούν τόσο για τον διαμοιρασμό πακέτων δεδομένων, όσο και για τον συντονισμό της όλης διαδικασίας. Γίνεται μια αναλυτική παρουσίαση των λειτουργιών και των δομικών στοιχείων που απαρτίζουν αυτό το δίκτυο καθώς και δίκτυα διαμοιρασμού που σχεδιάστηκαν βάσει αυτού. Προτείνεται η χρήση δικτύων ίσος-προς-ίσο για το διαμοιρασμό σε χρήστες μεγάλου όγκου δεδομένων. Παρουσιάζονται προσεγγίσεις βασισμένες σε επικεντρωμένες και αποκεντρωμένες μεθόδους διαχείρισης χρηστών για τη διάχυση στατικών δεδομένων με μεγάλη ζήτηση σε χρήστες του δικτύου. Γίνεται μοντελοποίηση και προσομοίωση των δικτύων αυτών και εξάγονται συμπεράσματα για την απόδοση του συστήματος υπό διαφορετικές συνθήκες. Προκύπτουν συμπεράσματα για την βελτιστοποίηση αυτών αλλά και άλλων δικτύων ίσος-προς-ίσο. Γίνεται χρήση κινητών πρακτόρων για το διαμοιρασμό δεδομένων με μεγάλη ζήτηση. Η χρησιμοποίηση των πρακτόρων ως μέσο μεταφοράς πακέτων δίνει μεγαλύτερη ευελιξία στον τρόπο διάχυσής τους, μειώνοντας έτσι το φόρτο του εξυπηρετητή. Οι πράκτορες λειτουργούν ως ξεχωριστές οντότητες χρησιμοποιώντας πληροφορίες που βρίσκουν στον κάθε πελάτη, διαμορφώνοντας με αυτόν τον τρόπο ένα δυναμικό δρομολόγιο. Η προτεινόμενη μέθοδος μοντελοποιήθηκε και προσομοιώθηκε υπό μεγάλο φορτίο πελατών. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης συγκρίνονται με αυτά άλλων δικτύων και αντλούνται συμπεράσματα για τη συμπεριφορά του δικτύου κάτω από διαφορετικές συνθήκες.