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

概要 • 階層化エージェントを利用した動的適応性・拡張性 • １　階層化モーバイルエージェントとエージェント間移動 • 移動可能なソフトウェアコンポーネント • ２　動的拡張性・適応性 • 動的ＵＲＬ • ディレクトリサービス • ３　ランタイムシステムの動的ローディング機構 • ＸＭＬベースの転送・永続化 • ４　まとめ

研究（過去） • モバイルオブジェクトの実現システム • AgentSpace　（慶大未来開拓の納品物、～１９９７） • 普通のモバイルエージェントシステム • 各種エージェント移動プロトコル • アプリケーションの探求・開発用 • マルチメディアへの応用（本当にできるの？） • MobileSpaces　（IPA情報シーズ事業向け、～１９９８） • 階層化されたモバイルオブジェクト（エージェント） • モバイルエージェントの組織化

研究（現在～未来） • AgentSpace (仮称：AgentSpace2) • UI for Mobile Agents(in Real-World and Desktop) • セキュリティ • JDK1.2への対応 • MobileSpaces (全面的書き換え中、SMAF納品用？) • 階層化モバイルオブジェクト（エージェント） • 動的適応性・計算環境への適応性をもつ実現システム • 軽粒度モバイルエージェント（設計中） • アクティブネットワークのテストベッド（？） • プログラマブルパケットの記述言語

移動プログラムと動的拡張・適応 • 移動プログラムの適応性・拡張性 • 移動先の計算環境は多様 • 移動プログラムのライフタイムは長い • 実現システム（ランタイム）の適応性・拡張性 • 特定の動作環境（ＯＳ・ハード・プロトコル）を仮定 • 計算環境変化に適応できない

方針 • モバイルエージェントの実行システム（ランタイム）の再設計 • 目標： • 多様な計算環境への対応（Portability） • 計算環境変化への動的適応性（Adaptability） • 方針： • 計算環境への依存部分と非依存部分の分離 • モバイルエージェントの移動を通じて機能拡張 • エージェント移動として各種メカニズムを統一

動的変更・拡張性をもつシステム構成 • モ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

ランタイムシステムの構成 • ランタイムシステムの最小化 • 必須機能と動作環境非依存部分 →　ランタイムシステム（コア） • 付加機能と動作環境依存部分　　 →　モーバイルエージェント Mobile Agent Mobile Agent Mobile Agent アプリケーション・・・・・・付加的機能はモーバイルエージェントとして実現エージェント移動によりシステム構成を動的に変更可能モーバイルエージェント付加機能１モーバイルエージェント付加機能ｎ動作環境依存部分・・・・・・動作環境非依存部分最小のランタイムシステム

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）最小化されたランタイム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

ランタイムシステムの動的拡張 • モーバイルエージェントの移動により機能拡張を実現新機能を実現するエージェントを移動外部エージェント外部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言語仮想機械状態を保持しながらのエージェントの置換機構は未定提供

エージェント移動としての計算 • 既存ランタイムシステムがエージェントに対して提供する操作は多様 • 例：コンピュータ間移動、永続化、生成、エージェント間通信など • →　×エージェントプログラムが複雑化 • モバイルエージェントの基本計算メカニズム　→　エージェント移動 • エージェント移動によりモバイルエージェントへの各種操作を統一化移動操作の対象となるエージェントある操作を実演するエージェント

エージェント階層（１／２） • 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ソフトウェアコンポーネント 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（２／２） • 内側エージェントは一つ外側のエージェントの操作・リソースを利用 • 外側エージェントはすべての内側エージェントを制御可能 Mobile Agent B 移動移動・通信・リソースの操作を提供コールバック Mobile Agent C （操作内容２を提供） Mobile Agent A （操作内容２を提供）他の外部エージェントに移動することにより操作・リソース内容を動的変更 • 外部エージェントが提供する操作の例： • エージェント移動、永続化、エージェント間通信

例：エージェントのコンピュータ間移動 • 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

TCPを利用した 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動作 • コンピュータ間移動、永続化、エージェント間通信等は • モ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

計算環境へ適応 • 計算環境に応じてサービス提供側エージェントを選択・移動最適なエージェントを選択 UDP通信エージェント TCP通信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 • 問題： • サービス提供側エージェントの選択方法？ • エージェント記述と計算環境の独立は？

計算環境へ適応 • 計算環境に応じてサービス提供側エージェントを選択・移動 • エージェント移動先指定に動的URLの導入 • 計算環境により移動先エージェント（サービス提供側）を変更 • ディレクトリサービスエージェントの導入 • サービス提供をする最適エージェントに移動

移動先の指定（１／２） • 移動先エージェントの指定：ローカル移動（エージェント階層内） go(“/agent1/agent2”); agent1内のagent2に移動 go(“../agent”); 親エージェント内のagentに移動移動先エージェントの指定：コンピュータ間移動 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 matp はＨＴＴＰをベースにしたエージェント転送プロトコル go(“/tcpatp://some.where.com/agent1/agent2”); tcpatpエージェントに移動して、コンピュータ”some.where.com” の/agent1内のagent2への移動を依頼

移動先の指定（２／２） • 移動先エージェントの指定 go(“/tcpmatp://computer2/agent3”); tcpmatpエージェントに移動して、コンピュータ”computer2” の/agent3への移動を依頼移動移動 agent 2 データ伝送 agent 2 /agent 1 /tcpmatp /tcpmatp /agent 3 /udpmatp /udpmatp /file ランタイムランタイム computer1 computer2 例：　UDPによる移動： go(“udpmatp://computer2/agent3”); 例：　永続化： go(“file:///usr/tmp/agent.jar”);

動的URL • 計算環境により移動先エージェントを変更 • 移動先エージェントの指定に変数を導入 • 変数はOSなどの環境変数に対応 go(“$(transfer)://some.where.com/agent1/agent2”); go(“$(file)://some.where.com/directory/filename”); go(“/matp://$(homebase)/agent1/agent2”);

計算環境へ適応 • 環境変数に応じてサービス提供側エージェントを選択・移動 go(“$(transfer)://some.where.com/agent1/agent2”); エージェント URL変数 UDP通信 TCP通信永続化用エージェント (file) コンピュータ間移送用エージェントＵＤＰを利用 (udpmatp) コンピュータ間移送用エージェントＴＣＰを利用 (tcpmatp) 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

ディレクトリサービス • 計算環境に応じてサービス提供側エージェントを指定 UDP通信エージェント TCP通信ディレクトリサービス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 (udpmatp) コンピュータ間移送用エージェントＴＣＰを利用 (tcpmatp) 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

ディレクトリサービス • ディレクトリサービスエージェント自体が移動し、 • 最適エージェントを選択ディレクトリサービスエージェントエージェント移動 UDP通信エージェント TCP通信エージェントディレクトリサービス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 (udpmatp) コンピュータ間移送用エージェントＴＣＰを利用 (tcpmatp) ディレクトリサービスエージェント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

XML（eXtensible Markup Language） • 位置付け • ＳＧＭＬのサブセット。構造化文書 • 文書構成 • 文書型定義（ＤＴＤ）、論理構造の２つからなる。 • タグによって文書の構造や属性を記述する。 • 特徴 • DTDで文書の構造や構文定義を行なうことで • タグを独自に定義できる。 • →　　汎用的な移動形式を定義したＤＴＤを設計

XML化の例(Agent.xml) • <?xml version="1.0"?> • <!DOCTYPE AGENT SYSTEM "Agent.dtd"> • <CONTENT> • <AGENTNAME NAME="Editor.agent"/> • <RUNTIMEBASE • HREF="http://localhost:8080/agentspace.jar" /> • <MASYSTEM>AgentSpace</MASYSTEM> • <STATE> ..Base64でエンコードされたデータ.. </STATE> • <CODE>..Base64でエンコードされたエージェントデータ..</CODE> • </CONTENT> • : • :

CONTENT MASYSTEM AGENTNAME NAME STATE RUNTIMEBASE HREF CODE DTDの例(Agent.dtd) • <?xml version="1.0"?> • <!ELEMENT CONTENT (ID | AGENTNAME | RUNTIMEBASE | • MASYSTEM | CODE)> • <!ELEMENT AGENTNAME EMPTY> • <!ATTLIST AGENTNAME NAME CDATA #REQUIRED> • <!ELEMENT RUNTIMEBASE EMPTY> • <!ATTLIST RUNTIMEBASE HREF CDATA #REQUIRED> • <!ELEMENT MASYSTEM (#PCDATA)> • <!ELEMENT STATE (#PCDATA)> • <!ELEMENT CODE (#PCDATA)> • : • :

ＯＳ／ハードウェア ＯＳ／ハードウェアネットワークランタイムシステムの動的ロード • ＸＭＬで指定されたＵＲＬに従って動的にダウンロード • 　　　→　エージェントは移動先に応じてオンデマンドに対応可能エージェントエージェントエージェントランタイムシステムＡランタイムシステムＡランタイムシステムＡダウンロード指定されたＵＲＬ先のコンピュータ移動先コンピュータダウンロードのプロトコルにはＨＴＴＰを利用

現状 • Java言語(JDK1.1+Swing)上で実装 • ランタイムシステム（コア）： • エージェントの階層化・移動機構実装済み • 動的URL 実装済み（ライブラリのみ） • JDK1.2への対応作業中 • セキュリティ機構設計中 • システム補助用モバイルエージェント： • コンピュータ間転送エージェント(TCP版) 実装済み • 永続化エージェント(JAR版) 実装済み • XML化エージェント実装済み（ライブラリのみ） • ディレクトリサービス機構実装中 • 暗号化エージェント設計中

課題 • モーバイルエージェントの置換・更新機構 • 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 • 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

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

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

エージェント間通信 • 外側エージェントによりエージェント通信を実現 • ランタイムシステム自体はエージェント間通信を提供しない内側エージェント（送信）内側エージェント（受信）通信サービスの呼び出し内側エージェントのメソッド呼び出し通信サービス外側エージェント • エージェント間通信の方式は外側エージェントにより規定 • 非同期メッセージ通信、同期メソッド呼び出し、フューチャ通信 • マルチキャスト、ＫＱＭＬ

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 DefaultListener ... { public void create(URL url) { addContext(new SimpleContext()); addEventListener(this); getContext().go(“matp://computer2.com/Agent2”); } void destroy() {...} void enter() {...} void exit() {...} } 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

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

エージェントモデル • モーバイルエージェントの構成 • エージェントプログラム • イベントに対応したコールバックメソッドより構成 • エージェントコンテキスト • 内包エージェントが利用するサービス・リソース用メソッド • 内部エージェント • ０個以上のモーバイルエージェント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プログラムサービス呼び出しエージェントコンテキスト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

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 AmbientListener { public void create(URL url) { addChildrenContext(new DefaultContext()); 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

相違システム間のエージェント移動 • ①エージェントの実行状態やコードをデータ化（直列化） • ②直列化したエージェントを通信プロトコルにより転送他のコンピュータに移動・到着他のコンピュータに移動・到着データ化されたエージェントデータ化されたエージェントランタイムシステム A ランタイムシステム B 不一致ＯＳ／ハードウェアＯＳ／ハードウェア移動移動コンピュータＡコンピュータＢネットワークデータ通信プロトコルにより転送転送用データ形式はランタイムシステムに依存

モーバイルエージェント • モーバイルエージェントの機能 • 自己完備の能動的プログラム • 他のエージェントの内包可能性 • エージェント階層内の自律的移動 • 移動時には実行状態及び内包エージェントも移動 • ただし、コンピュータ間移動や永続化、エージェント通信などの機能は、 • 各機能を実現するエージェントに移動して、機能を実現

エージェント移動としての計算 • エージェント間移動を通じて各種機能を実現 • エージェントのコンピュータ間移動 • エージェントの永続化（ファイル化） • エージェントの生成・停止・複製 • エージェント間通信 • 各種機能を提供するエージェントに移動し、サービスを受ける Agent A 移動ある機能を実演するエージェント

問題 • 既存のモバイルエージェントシステムの問題点 • ×特定の動作環境を仮定 • ＯＳ・ハードウェア • 通信プロトコル • →　相違な計算環境では稼働しない • ×計算環境変化に適応できない • →　拡張性・動的変更性の欠如

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

MobileSpaces: A Next-Generation Mobile Agent System