MobileSpaces: A Next-Generation Mobile Agent System

MobileSpaces: A Next-Generation Mobile Agent System お茶の水女子大学理学部情報科学科佐藤一郎 Email: ichiro@is.ocha.ac.jp

発表概要 • １既存のモーバイルエージェントシステムの問題点 • ２階層化モーバイルエージェントとエージェント間移動 • ３システム設計・実装 • ４　デモンストレーション • ５　まとめ • モーバイルエージェントの階層構造・移動を導入したモーバイルエージェントの実現システム及び応用システムを提案 • エージェントの合成手法の提供 • （複数または個別）エージェントの機能の動的変更・拡張 • 計算環境・リソースの相違への対応 • 計算環境への依存部分と非違損部分の分離

モーバイルエージェント • エージェントは自律的に移動先（コンピュータ）を選択・移動 • 移動先において処理を継続 • エージェント間通信プログラム移動エージェント間通信計算処理ネットワークコンピュータＢコンピュータＡ • 特徴： • コンピュータ間通信回数の最小化 • コンピュータ間の非同期協調 • 負荷分散・耐故障性

研究背景（１／２） • 次世代の分散システムとしてモーバイルエージェントが注目されている • モーバイルエージェントの応用： • 古典的な分散検索ｊや負荷分散だけでなく、 • 通信プロトコルのトンネル化・カプセル化 • 遠隔フィルタリング • 遠隔システム管理 • 耐故障性 • ワークフロー・グループウェア • パーソナルアシスタント • 簡易な分散プログラミング

研究背景（２／２） • 数多くのモーバイルエージェントシステムが提案・実装 • Ｊａｖａ言語によるもの • Voyager (ObjectSpace社)、 • Aglets (IBM社)、 • Odessey （General Magic社） • Plangent (東芝)、 • MOA (Open Group)、 • Mole (Stuttgart大)、 • AgentSpace (お茶大)、etc • Ｊａｖａ言語以外によるもの • Telescript (General Magic社)、 • SafeTcl （Sun社） • Agent-Tcl (Dartmouth大)、etc • 規格・標準化 • Mobile Agent Facility Specification （OMG社） • Mobile Agent Specification (FIPA) しかし、問題も多い・・・

問題 • 既存のモーバイルエージェントシステムの問題： • モーバイルエージェントの合成手法が欠如 • 大規模アプリケーションの開発が困難 • 特定の動作環境に依存 • 特定のＯＳ／通信プロトコル以外では動作不能 • 移動先コンピュータの計算環境・リソースの相違 • 多様な計算環境・リソースを考慮したエージェントプログラムが必要 • セキュリティ

問題：プログラム粒度 • 既存のモーバイルエージェントシステム： • 計算や移動の単位は単体エージェントのみ • メッセージ通信によるエージェントの疎結合 • 問題：複数エージェントのグループ化・合成手法が欠如 • 複数モーバイルエージェントによる大規模システム開発は困難

問題：動作環境への依存 • 既存のモーバイルエージェントシステムの問題点： • 特定の動作環境を前提としたシステム構成 • しかし、ＯＳ／ハードウェア、通信方式は多様性 • 解決策： • エージェントプログラム： • →　移動先の計算環境への動的適応性 • ランタイムシステム • →　計算環境への依存部分と非依存部分を分離

方針（１／２） • モーバイルエージェントの基本計算メカニズムとして２つの概念を導入： • モーバイルエージェントの階層化 • 他のモーバイルエージェントを入れ子状に内包可能 • エージェント間の移動 • エージェントはコンピュータだけでなく、他のモーバイルエージェントにも移動可能

方針（２／２） • モーバイルエージェントの階層化 • モーバイルエージェント間移動移動可能なプレース Agent E Agent C Agent D エージェント間移動 Agent B Agent A エージェントの階層構造を保持したまま移動 Agent E Agent C Agent D エージェント間移動 Agent B Agent A エージェントのプログラムコードと実行状態が移動し、移動先で処理の継続が可能

エージェント階層化のメリット • エージェントの階層的構成・移動により • モーバイルエージェントの階層的合成 • エージェントのグループ化・構造化、エージェント粒度の多様化 • 動的変更・拡張性をもつシステム構成 • モーバイルエージェントによる各種機能・サービスの提供 • エージェント移動として計算 • 各種操作をエージェントの移動として統一的に記述・実現

モーバイルエージェントの階層的合成 • 複数モーバイルエージェントよりシステム（モーバイルエージェント）を構成 • c.f.コンポーネントウェア • モーバイルエージェントとして各種機能の実現 Mobile Agent Mobile Agent Mobile Agent Mobile Agent 機能５機能２機能３機能４機能１機能２ Mobile Agent Mobile Agent Mobile Agent Computer モーバイルエージェント合成体として構成されたシステムまたはモーバイルエージェント

動的変更・拡張性をもつシステム構成 • モーバイルエージェントにより、動的な適応・拡張性をもつシステムを実現 • →　機能更新・拡張用エージェントをシステムに移動エージェントの置換・拡張ネットワークエージェントの移動 Mobile Agent Mobile Agent Mobile Agent Mobile Agent 機能５機能２新機能機能３機能４機能１機能変更・拡張用エージェント機能２ Mobile Agent Mobile Agent Mobile Agent エージェント移動によるオンラインバージョンアップ Computer • 動的な適応性・拡張性をもつ • モーバイルエージェントによる応用システム • モーバイルエージェントの実現システム（ランタイム）

エージェント階層（１／３） • 外側エージェントは内側エージェントに対して • サービスを提供 • 各種アプリケーションの機能、 • エージェント移動、永続化、エージェント間通信 • リソースを提供 • ファイル、各種入出力、外部環境の情報・制御対象 Mobile Agent B 移動・通信・リソースのサービス要求 Mobile Agent A

エージェント階層（２／３） • 内側エージェントは一つ外側のエージェントのサービス・リソースを利用 Mobile Agent B 移動移動・通信・リソースのサービス要求コールバック Mobile Agent C （サービス内容２を提供） Mobile Agent A （サービス内容２を提供）他の外部エージェントに移動することによりサービス内容を動的変更 • 外部エージェントが提供するサービスの例： • エージェント移動、永続化、エージェント間通信

エージェント階層（３／３） • 外側エージェントはすべての内側エージェントの実行を制御 • 外側エージェントは内側エージェントに対してコールバックメソッド • を呼び出す他の外部エージェントに移動することによりコールバックの内容と呼び出しタイミングを動的変更 Mobile Agent B コールバック Mobile Agent A コールバックメソッドの種類・タイミングは外部エージェントにより規定他の外部エージェントに移動　→　コールバックの動的変更

エージェント環境 • エージェントは一つ外側のエージェントにサービスを利用 MobileAgent 外部エージェントにサービス要求 Mobile Agent 外部エージェントの外部エージェントにサービスを直接要求はできない（間接は可） Mobile Agent

システム構成 • ＪａｖａＴＭ言語（ＪＤＫ１．１以上）上で実現（ハードウェア・ＯＳに非依存）モーバイルエージェントモーバイルエージェントモーバイルエージェントモーバイルエージェントトモーバイルエージェントモーバイルエージェントモーバイルエージェントランタイムシステムモーバイルエージェントランタイムシステム移送中エージェントバイト列化された実行状態Ｊａｖａ言語仮想機械Ｊａｖａ言語仮想機械プログラムコードＯＳ／ハードウェアＯＳ／ハードウェアコンピュータＡコンピュータＢ移動ネットワーク

ランタイムシステムの構成 • コンピュータ間移動、永続化、エージェント間通信等は • モーバイルエージェントにより実現外部エージェント外部エージェント内部エージェント内部エージェント永続化用エージェントコンピュータ間移送用エージェントＵＤＰを利用コンピュータ間移送用エージェントＴＣＰを利用内部エージェントエージェント実行制御エージェント階層構造管理・制御エージェント直列化（バイト列化）エージェント実行用ランタイムシステムＪａｖａ言語仮想機械ランタイムシステムは階層構造管理と実行制御を実現コンピュータ間移送や永続化は提供しない

エージェント移動（コンピュータ間） • 他のコンピュータに移動するエージェントは、 • １．転送エージェントに移動する • ２．転送エージェントが移動先コンピュータに移送転送エージェント（送信側）転送エージェント（受信側） Agent A 移動 Agent A 通信 Computer 1 Computer 2 エージェント移送プロトコルは転送エージェントにより規定 →　転送エージェントの選択により移送方式の変更

エージェント移動（コンピュータ間） • コンピュータ間移動は転送エージェントにより実現 • →　システムはコンピュータ間転送機能は提供しない • エージェント転送の方式は多様 • →　転送エージェントにより転送 • →　エージェント転送方式を多様化・動的変更 • →　多様な通信伝送方式に対応エージェント移送プロトコルは転送エージェントにより規定 →　転送エージェントの選択により移送方式の変更

消滅・永続化 • 消滅するエージェントは消去エージェントに移動消去方式は消去エージェントにより規定 Agent A 移動 Agent B 消去エージェント永続化するエージェントは永続化エージェントに移動 Agent A 永続化方式は永続化エージェントにより規定移動永続化エージェント Agent B

移動エージェントへの移動・通信 • エージェントの移動後も継続してアクセス Agent A 移動エージェントＡは他のエージェント／コンピュータに移動 Agent A 移動エージェントＡはもとの位置には存在しない移動したエージェントＡに移動・通信するには

移動先への回送 • 移動先への回送（転送）エージェント（Alias/Short Cutエージェント） Agent A エージェントＡは他のエージェント／コンピュータに移動移動 Agent A エージェントＡは移動先への回送用エージェントを移動元を残す移動 Agent Aへ回送エージェント移動先に回送移動エージェントＡ（回送エージェント）に到着したエージェントは移動先に自動回送される Agent Aへの回送エージェント

回送エージェント • エージェント移動先へのメッセージ／エージェントの移動 • 回送（転送）エージェントにより移動先に移送 Agent A 移動先に経路に従って回送移動先に直接回送移動回送エージェントの存在期間もエージェントにより規定移動 Agent Aへのフォワーダー Agent Aへのフォワーダー移動先への回送方法は回送（転送）エージェントにより規定 →　回送方法の多様化・動的変更

コンピュータ間移動 階層構造内の移動バイト列化ランタイムシステムの構成 • コンピュータ間移動、永続化、エージェント間通信等は • モーバイルエージェントにより実現外部エージェント外部エージェント内部エージェント内部エージェント永続化用エージェントコンピュータ間移送用エージェントＵＤＰを利用コンピュータ間移送用エージェントＴＣＰを利用内部エージェントエージェント実行制御エージェント階層構造管理・制御エージェント直列化（バイト列化）エージェント実行用ランタイムシステムＪａｖａ言語仮想機械ランタイムシステムは階層構造管理と実行制御を実現コンピュータ間移送や永続化は提供しない

エージェントプログラム • エージェントはＪａｖａ言語により記述された能動的なプログラム • 状態変化を通知するコールバックメソッドから構成 • 同一階層内の自律的な移動性 • ただし、コンピュータ間移動や永続化、通信などの機能は、 • 各機能を実現するエージェントに移動して、機能を実現する外部エージェント内部エージェントエージェントコンテキストエージェントコンテキスト：内部エージェントへのサービス　　　　エージェントプログラム通信・リソースのサービス要求エージェントコンテキストコールバックメソッドモデル：内包するエージェントへのコールバックメソッドの種類やタイミングを規定　　　　　　　　　　エージェントプログラムコールバックメソッドモデル

エージェントプログラム • Java言語で記述される能動的なプログラム Class Agent extends Ambient implements SimpleAmbient { public void create(URL url) { addChildrenContext(new SimpleContext()); addCallbackModel(new SimpleModel()); Route route = new Route(); route.set(“matp://computer1.com/Agent1”, “method1”); route.set(“matp://computer2.com/Agent2”, “method2”); getContext().go(route); } void method1() {...} void method2() {...} } method1() を実行エージェントコンピュータ移動 Agent 1 method2() を実行移動 computer1.com エージェントエージェント Agent 2 コンピュータ computer2.com

移動先の指定 • 移動先エージェントの指定 URL name://some.where.com/agent1/agent2 機能提供用エージェントの名前ＩＰアドレスエージェント階層移動先 matp://computer.com/Agent3 （= /matp#/computer.com/Agent3） matp はＨＴＴＰをベースにしたエージェント転送プロトコル移動移動 Agent 2 データ伝送 Agent 2 /Agent 1 /matp /matp /Agent 3 /udpmatp /udpmatp /file ランタイムランタイム computer1 computer2 例：　永続化： file://computer2.com/usr/tmp/agent.jar

.... addCallbackModel(new SimpleModel()); .... コールバックメソッドエージェント内包エージェントに所定の状態変化がおきたとき、コールバックメソッドが呼び出されるエージェントプログラムコールバックメソッド１メソッド２メソッドｎコールバックモデル内包エージェントに対するコールバック呼び出しのメソッド種類とタイミングを規定エージェント毎に定義可能コールバックメソッド呼び出しエージェントプログラム　　コールバックモデル

コールバックモデル • コールバックメソッドを遷移ラベルとする状態遷移モデル class SimpleModel implements AmbientModel { public Message setCallback(AmbientEvent e) { if (e.getID() == AmbientEvent.CREATE) { msg.setName(new Message("create")); return msg; } if (e.getID() == AmbientEvent.ENTER) { msg.setName(new Message("enter")); return msg; } if (e.getID() == AmbientEvent.EXIT) { msg.setName(new Message("exit")); return msg; } if (e.getID() == AmbientEvent.SUSPEND) { msg.setName(new Message("suspend")); return msg; } .... } } 永続化 suspend() resume() enter() 移動状態（出る）移動状態（入る） exit() create() destroy() 初期化終了

エージェントコンテキスト 　　　　エージェントプログラム AmbientContext ac = new SimpleContext(); addChildrenContext(ac); ..... removeChildrenContext(ac); エージェントコンテキスト • エージェントコンテキストは内包エージェントに対してリソース獲得・通信などのサービスを提供 public class SimpleContext extends AmbientContext { public AmbientIdentifier getIdentifier(){ /* 識別子の獲得 */ } public URL getURL() { /* URLの獲得 */ } public Enumeration getChildren() { /* 内包エージェントのリスト（識別子）を獲得 */ } public void migrate(AmbientIdentifier aid, URL url) { /* 自分または内包エージェント(aid)を urlに移動させる */ } } 内包エージェント通信・リソースのサービス要求エージェントコンテキストエージェントプログラムエージェントコンテキストはエージェント毎に定義可能

エージェントプログラム例 • コールバックメソッド • 生成直後、移動前後、終了直前にランタイムシステムより所定のコールバックメソッドが呼び出される public class HelloWorld extends Agent { public HelloWorld() {} public void create() { add(new Label("Hello World")); show(); } public void arrive() { show(); } public void dispatch(URL url) { dispose(); } public void destroy() { dispose(); } } 移動中ｄｉｓｐａｔｃｈ() arrive() 実行前実行中停止 create() destroy()

エージェント移動の特徴 • エージェント移動では状態とコードの一括移送 • 一回通信で移動可能 • →　高速なエージェント移動 • c.f. 他のシステムの多くは複数回の通信が必要 • 移動中エージェントは圧縮・暗号化 • →通信速度及びセキュリティを確保 • 移動後は通信切断が発生してもよい　 • →　携帯端末や無線通信に対応 • 移動失敗時には複数回トライの後、移動元に戻る

実装・評価 • 実装 • Ｊａｖａ言語（JDK Ver.1.1以上）を利用 • ＯＳ・コンピュータに非依存 • Ｊａｖａ言語の直列化機構の利用 • 性能評価(参考） • エージェント間移動： • 移動時間（同一コンピュータ内）0.02s • 移動時間（コンピュータ間）0.25s • PentiumII(400MHz, JDK1.1.6) x 2 Ethernet(100Base-TX)

関連研究 • プロセス／オブジェクト移動システム： • Aperios（SonyCSL）、DEMOS/MP、Emerald(ワシントン大), etc. • 既存のモーバイルエージェントシステム • 非Java言語によるシステム • Telescript (General Magic社)、Agent-Tcl (Dartmouth大)、 • Safe-Tcl (Sun社）、etc • Java言語によるシステム • Aglets (IBM社)、Vogayer (ObjectStore社)、Mole (Shuttgart大)、 • Odessey(General Magic社）、Plangent (東芝)、etc

課題 • モーバイルエージェントの置換・更新機構 • ディレクトリサービス・名前管理機構 • モーバイルエージェントプログラムのためのデザインパターン • ＸＭＬベースのエージェント移送・永続化フォーマット • スクリプティング言語による動作記述 • 耐故障性をもつエージェント移送用プロトコル • セキュリティ機構

ＸＭＬエージェント転送フォーマット • ＸＭＬデータとしてエージェントを転送・永続化 <MOBILEAGENT> <LANGUAGE NAME=“MobileSpaces”/> <SENDER>“islab.is.ocha.ac.jp”</SENDER> <RUNTIMEBASE HREF=“www.is.ocha.ac.jp/mobilespaces/runtime.class LANGUAGE=“Java”/> <STATE>...BASE64 Encoded Serialized Agent..</STATE> <CODE> <CODE NAME=“Editor.class”>..BASE64 Encoded Class..</CODE> <CODE NAME=“Dialog.class”>..BASE64 Encoded Class..</CODE> </CODE> <PROPERTY> ... </PROPERTY> </MOBILEAGENT>

ランタイムの動的ローディング • 未知の言語処理系によるモーバイルエージェントが到着したとき、 • ＸＭＬのタグ情報をもとにランタイムを動的にローディング <MOBILEAGNET> <LANGUAGE NAME=“MobileSpaces”/> <SENDER>“islab.is.ocha.ac.jp”</SENDER> <RUNTIMEBASE HREF=“www.is.ocha.ac.jp/mobilespaces/runtime.class LANGUAGE=“Java”/> <STATE> ... 移動プログラムのランタイムを移動先に事前配布する必要はない Plug-Inや動的ローディング機構を利用

Scripting言語 • 外側エージェントによる内側エージェントに対するカスタマイズ • エージェント階層の設定 • 内側エージェントに対するコールバックメソッド呼び出しの設定 • 計算環境・リソース相違の吸収と動作の変更

Best Effort / Least Suffering Migration • 移動端末・無線通信ではネットワーク接続が切断が頻発 • 最善移動戦略：エージェントを最終移動先に可能な限り近づけるネットワーク切断コンピュータコンピュータコンピュータ最小被害移動戦略：エージェントを移動を中止・引き返させる

セキュリティ • 不正なエージェントから、いいホストをいかに守るか • 認証機構、証明添付、etc • 不正なホストから、いいエージェントをいかに守るか • 現在、解決策なし • 特定ホストや通信チャネルへの負荷集中をいかに避けるか • 経済的なメタファ

まとめ • モーバイルエージェントの階層的構造化・移動を導入 • モーバイルエージェントのグループ化・合成手法 • 動的変更・拡張性をもつシステムを実現 • 各種操作をエージェント移動として統一的記述・実現 • モーバイルエージェントシステムのダウンロード先： • http://islab.is.ocha.ac.jp （ソース・実行プログラム） • ただし、エージェントの非階層化版（階層化版は１０月以降を予定）

例：分散検索（リモートＧｒｅｐ） • 相違のコンピュータ上のファイルを検索（Grep）するには？ • 遠隔端末（Ｔｅｌｎｅｔ）、しかし、常に利用可能とは限らない… • ファイルの転送、しかし、巨大なファイルの場合は… • 検索プログラム（Grep)自体を移動させるＧｒｅｐプログラム（検索中）Ｇｒｅｐプログラム（検索結果を保持）プログラム移動Ｇｒｅｐプログラムを移動・検索させるコンピュータＢＧｒｅｐプログラム（移動中）コンピュータＣコンピュータＡＧｒｅｐプログラム（検索結果を保持）プログラム移動

例：電子メール • モーバイルエージェントでは電子メールのデータだけでなく編集・観覧ソフトウェアも転送可能独自フォーマットデータを含むメール任意フォーマットのメールデータが観覧・編集可能メールの編集・観覧プログラムも移動エージェントメール編集・観覧プログラムコンピュータＡメール編集・観覧プログラムエージェントの移動コンピュータＢ

例：トンネル化エージェント • 通信において、エージェントを通信相手に移動させ、通信相手直接ではなく、そのエージェント介してと通信 • →　独自通信プロトコルによる通信を実現エージェントの移動エージェントＡエージェントＢコンピュータＡコンピュータＢエージェントＡとＢの間で通信エージェントＡエージェントＢコンピュータＡエージェントＡとＢだけの独自通信プロトコルでもよいコンピュータＢ

例：デスクトップトランスポート • データとソフトウェアをモーバイルエージェントとして一体化 • デスクトップ環境を他のコンピュータに移動・運用デスクトップ環境も移動コンピュータＡコンピュータＢユーザの移動ユーザユーザ

コンピュータ間転送エージェント１ • エージェントの移動は転送エージェントにより実現永続化された Agent A 永続化された Agent A 移動 Agent A 移動 Agent A データ受信非直列化直列化データ送信通信転送エージェント（受信側）転送エージェント（送信側） Computer 1 Computer 2 転送プロトコルは転送エージェントにより規定

エージェントの主体的移動 • エージェントはそれ自身（または外部エージェント）の移動要求で移動 • 隣接エージェントの移動要求によって移動することはない移動隣接エージェントから移動要求それ自身に移動要求外部エージェントによる移動要求は特殊ケース

サービス内容変化の検知 移動エージェント（外側）変化可能（自身に移動要求）移動エージェント（内側）無変化不可能エージェントサービスと移動 • 外部エージェントの移動において、 • 内部エージェントが利用するサービスは変化しない移動 Agent D Agent D Agent C Agent C Agent A Agent B

MobileSpaces: A Next-Generation Mobile Agent System