Ichiro Satoh

MobileSpaces: A Next-Generation MobiMobileSpaces: A Next-Generation Mobile Agent System le Agent System

お茶の水女子大学理学部情報科学科お茶の水女子大学理学部情報科学科

佐藤一郎佐藤一郎Email: ichiro@is.ocha.ac.jpEmail: ichiro@is.ocha.ac.jp

Ichiro Satoh

発表概要発表概要

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

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モーバイルエージェント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

コンピュータＢネットワーク

プログラム移動

コンピュータＡ

エージェント間通信

計算処理

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

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研究背景（１／２）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

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研究背景（２／２）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・・・

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問題問題

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

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問題：プログラム粒度問題：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

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問題：動作環境への依存問題：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

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方針（１／２）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

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方針（２／２）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

エージェント

間移動Agent A Agent B

Agent C Agent DAgent E

エージェントの階層構造を保持したまま移動

エージェント

間移動Agent A Agent B

Agent C Agent DAgent E

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

移動可能なプレース

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エージェント階層化のメリット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

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モーバイルエージェントの階層的合モーバイルエージェントの階層的合成成

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

Computer

機能２機能２

機能３　　　機能３　　　

機能５機能５

機能４機能４

機能２機能２

機能１機能１

MobileAgent

Mobile AgentMobileAgent

MobileAgent

MobileAgentMobile

Agent

MobileAgent

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

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ネットワーク

動的変更・拡張性をもつシステム構動的変更・拡張性をもつシステム構成成

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

Computer

機能２機能２

機能３　　　機能３　　　

機能５機能５

機能４機能４

機能２機能２機能１

機能１

MobileAgent

Mobile AgentMobileAgent

MobileAgent

MobileAgentMobile

AgentMobileAgent

エージェントの移動

エージェント移動によるオンラインバージョンアップ

新機能新機能

機能変更・拡張用エージェント

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）

エージェントの置換・拡張

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エージェント階層（１／３）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

Mobile Agent A

移動・通信・リソースのサービス要求

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エージェント階層（２／３）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

移動Mobile Agent B

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

Mobile Agent A

（サービス内容２を提供）

移動・通信・リソースのサービス要求 Mobile Agent C

（サービス内容２を提供）

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

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

コールバック

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エージェント階層（３／３）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

Mobile Agent B

Mobile Agent A

コールバック

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

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

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エージェント環境エージェント環境

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

Mobile　 Agent

Mobile Agent

外部エージェントにサービス要求

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

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システム構成システム構成

•ＪａｖａＴＭ言語（ＪＤＫ１．１以上）上で実現（ハードウェア・ＯＳに非依存）

Ｊａｖａ言語仮想機械

モーバイルエージェントランタイムシステム

バイト列化された実行状態

プログラムコード

移送中エージェント

ネットワーク

移動コンピュータＡ

ＯＳ／ハードウェア

コンピュータＢ

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

Ｊａｖａ言語仮想機械

モーバイルエージェントランタイムシステム

ＯＳ／ハードウェア

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

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外部エージェント

ランタイムシステムの構成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

Ｊａｖａ言語仮想機械

外部エージェント

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

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）

内部エージェント内部エー

ジェント

内部エージェント

コンピュータ間

移送用エージェント

ＵＤＰを利用

エージェント実行用ランタイムシステム

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

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エージェント移動（コンピュータエージェント移動（コンピュータ間）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

移動

通信

Agent A

転送エージェント（送信側）

転送エージェント（受信側） Agent A

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

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エージェント移動（コンピュータエージェント移動（コンピュータ間）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

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消滅・永続化消滅・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

移動Agent A

消去エージェント

消去方式は消去エージェントにより規定

永続化するエージェントは永続化エージェントに移動

移動Agent A

永続化エージェント

永続化方式は永続化エージェントにより規定

Agent B

Agent B

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移動エージェントへの移動・通信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

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

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 Agent A

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移動先への回送移動先への回送

移動先への回送（転送）エージェント（ Alias/Short Cut エージェント）

移動

移動

移動先に回送

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

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

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

Agent A

Agent A への回送エージェント

移動

Agent A へ回送エージェント

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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

移動

移動

移動先に経路に

従って回送

Agent A

Agent A へのフォワーダー

移動先に

直接回送

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

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

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外部エージェント

ランタイムシステムの構成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

Ｊａｖａ言語仮想機械

外部エージェント

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

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）

内部エージェント内部エー

ジェント

内部エージェント

コンピュータ間

移送用エージェント

ＵＤＰを利用

エージェント実行用ランタイムシステム

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

階層構造内の移動 コンピュータ間移動

バイト列化

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エージェントプログラム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

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

　　　　エージェントプログラム

内部エージェント 外部エージェント

コールバックメソッドモデル

通信・リソースのサービス要求

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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 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() {...}}

computer1.com

computer2.com

method1()を実行

移動

移動エージェントエージェント

エージェント

method2()を実行

コンピュータ

コンピュータAgent 1

Agent 2

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移動先の指定移動先の指定

移動先エージェントの指定

移動先 matp://computer.com/Agent3

（ = /matp#/computer.com/Agent3 ）

URL name://some.where.com/agent1/agent2

/Agent 1　　/Agent 1　　

移動

/file/file

/matp/matp

/udpmatp/udpmatp

/matp/matp

　　　 /Agent 3 　　　　　　　 /Agent 3 　　　　

移動

ランタイムランタイム

Agent 2

Agent 2

Agent 2

Agent 2データ伝送

例：　永続化： file://computer2.com/usr/tmp/agent.jar

computer2computer1

/udpmatp/udpmatp

matp はＨＴＴＰをベースにしたエージェント転送プロトコル

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

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コールバックメソッドコールバックメソッド

　

エージェントプログラム

エージェントプログラム

コールバックメソッド呼び出し

　　コールバックモデル

コールバックメソッド１

メソッド２

メソッドｎ

エージェント

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

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

....

addCallbackModel(new SimpleModel());

....

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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

永続化

移動状態（入る）

移動状態（出る）

create()

終了初期化

exit()

enter()

suspend()resume()

destroy()

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; } .... }}

Ichiro Satoh

エージェントコンテキス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

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

エージェントコンテキスト

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

　　　　エージェントプログラム

内包エージェント

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 */ } }

AmbientContext ac = new SimpleContext();addChildrenContext(ac);.....removeChildrenContext(ac);

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エージェントプログラム例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(); }}

実行前 実行中 停止

移動中

create() destroy()

ｄｉｓｐａｔｃｈ () arrive()

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エージェント移動の特徴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

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実装・評価実装・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)

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関連研究関連研究

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 ), et

c.

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

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課題課題

• 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

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ＸＭＬエージェント転送フォーマッＸＭＬエージェント転送フォーマットト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>

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ランタイムの動的ローディング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

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ScriptingScripting 言語言語

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

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Best Effort / Least Suffering Best Effort / Least Suffering MigrationMigration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

コンピュータコンピュータコンピュータ

ネットワーク切断

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

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セキュリティセキュリティ

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

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まとめまとめ

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）

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例：分散検索（リモートＧｒｅｐ）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

コンピュータＢプログラム移動

コンピュータＣコンピュータＡ

Ｇｒｅｐプログラムを移動・検索させる

プログラム移動

Ｇｒｅｐプログラム（移動中）

Ｇｒｅｐプログラム（検索結果を保持）

Ｇｒｅｐプログラム（検索結果を保持）

Ｇｒｅｐプログラム（検索中）

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例：電子メール例：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

メールの編集・観覧プログラムも移動

エージェントの移動

独自フォーマットデータを含むメール

コンピュータＡ

コンピュータＢ

エージェント

メール編集・観覧プログラム

メール編集・観覧プログラム

任意フォーマットのメールデータが観覧・編集可能

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例：トンネル化エージェント例：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Ａ

エージェントの移動

コンピュータＡ コンピュータＢ

エージェントＢ

エージェントＡ

コンピュータＡ コンピュータＢ

エージェントＢ

エージェントＡとＢの間で通信

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

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例：デスクトップトランスポート例：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

ユーザの移動

ユーザ

ユーザ

コンピュータＡ

コンピュータＢ

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コンピュータ間転送エージェント１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

転送プロトコルは転送エージェントにより規定

直列化通信

Agent A

転送エージェント

（送信側）Computer 1 Computer 2

移動Agent A

永続化されたAgent A

移動

データ送信 非直列化

永続化されたAgent A

データ受信

転送エージェント

（受信側）

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エージェントの主体的移動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

それ自身に移動要求

隣接エージェントから移動要求

外部エージェントによる移動要求は特殊ケース

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エージェントサービスと移動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 A Agent B

Agent C

Agent D

Agent C

Agent D

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

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エージェント移動としての計算エージェント移動としての計算

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

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・停止・暗号化– 移動エージェントの現在位置へメッセージ・エージェントを回送– エージェント間通信、他

移動Agent A

ある機能を実現するエージェント