Agentes en Computación Móvil

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1 Agentes en Computación Móvil A. García Dávalos, Z. M. Solarte, C. Castillo, y E. Vásquez 1 Resumen Los dispositivos móviles han evolucionado vertiginosamente gracias a los avances en microelectrónica y las telecomunicaciones. Así mismo, las organizaciones han empezado a incluir dispositivos móviles en sus soluciones informáticas (fuerzas de ventas, servicios, flotas de transportes, etc) generando una gran dinámica en el campo de la Computación Móvil. Debido a la particularidad de los ambientes móviles (especialmente de las redes inalámbricas) se han incluido tecnologías de las arquitecturas distribuidas, como la de agentes de software, que gracias a la propiedad de la movilidad tienen una gran potencial en las soluciones móviles. Sin embargo, algunos problemas como la compatibilidad entre las diversas plataformas de agentes, la comunicación entre agentes y la seguridad, han frenado un poco la masificación del uso de los agentes de software en los ambientes móviles. Una de las nuevas plataformas de agentes es JADE (Java Agent DEvelopment Framework) que se distribuye bajo licencia LGPL, y fue adaptada con éxito para ejecutarse en dispositivos móviles. Palabras clave: Agent platform, mobile agent, mobile computing, software agent. I. Introducción El gran desarrollo que han logrado los dispositivos móviles está basado principalmente en los avances de la microelectrónica y las comunicaciones 1 Grupo de Investigación en Telemática, Departamento de Ciencias de la Información Universidad Autónoma de Occidente. A. García Dávalos es docente investigador y coordinador del Grupo de Investigación en Telemática adscrito al Departamento de Ciencias de la Información de la Universidad Autónoma de Occidente, Cali, Colombia. ( Z. M. Solarte Astaiza es docente investigadora del Grupo de Investigación en Telemática adscrito al Departamento de Ciencias de la Información de la Universidad Autónoma de Occidente, Cali, Colombia. ( C. Castillo es estudiante de Ingeniería Informática y pertenece al Grupo de Investigación en Telemática del Departamento de Ciencias de la Información de la Universidad Autónoma de Occidente Cali, Colombia. ( E. Vásquez es estudiante de Ingeniería Informática y pertenece al Grupo de Investigación en Telemática del Departamento de Ciencias de la Información de la Universidad Autónoma de Occidente Cali, Colombia. ( VENTANA INFORMÁTICA No. 12 Universidad de Manizales, enero junio / 2005 pp

2 - Universidad de Manizales, enero junio / 2005 (protocolos, redes, etc ), ya en el mercado se pueden adquirir además de las PDAs y teléfonos móviles, un tipo especial de dispositivo denominado SmartPhone, que integra las funciones de telefonía con un poder de computo comparable al de los computadores personales (PCs) de hace apenas algunos años. Ante tal avance de los dispositivos móviles, no solo los usuarios masivos sino también las organizaciones han empezado a involucrarlos en la solución de sus problemas y es por ello que el campo de la Computación Móvil es objeto de gran estudio, presentándose una gran dinámica investigativa en la Academia y en los laboratorios de las industrias de tecnología. Esta dinámica ha hecho que se generen diferentes herramientas y tecnologías para el desarrollo de las Aplicaciones Móviles, pero en la medida en que se han ido integrando con los sistemas de información existentes en las organizaciones, se han hecho más evidentes las limitantes de hardware (display, baterías, E\S) de los dispositivos móviles y los problemas presentes en los ambientes donde ellos operan. Uno de los paradigmas que se ha propuesto en algunas de las soluciones a problemas de los entornos de cómputo móviles, es la de agentes de software, que ya han sido estandarizados. Los agentes se han utilizado en arquitecturas de software distribuidas, y a pesar de que existen otras soluciones (por ejemplo: llamado de procedimientos remotos -RMI), tienen cierta ventaja debido a que actúan de manera asíncrona, lo cual contribuye a disminuir el tráfico en la red. El presente trabajo ha sido desarrollado bajo el marco de un proyecto de investigación orientado al diseño e implementación de una arquitectura de software para el desarrollo de aplicaciones móviles usando el paradigma de agentes y XML. El artículo está organizado de la siguiente manera: en la sección 2 se hace una introducción al paradigma de agentes y sus plataformas, luego se continua con una breve revisión de las principales plataformas de agentes existentes y se aborda el tema de los agentes móviles bajo la plataforma JADE, por último se presentan las conclusiones. II. Paradigma de agentes Tradicionalmente, se define un agente como una entidad de software que actuá en nombre de otra entidad, y que posee ciertas propiedades como autonomía, cooperación, movilidad e inclusive cierto grado de inteligencia 2

3 [2]. Gracias a estas características, los agentes han sido utilizados con éxito en gestión de redes, soluciones de e-commerce y búsquedas semánticas. En Computación Móvil una de las propiedades de los agentes más apreciada es la movilidad, es decir el hecho que un agente pueda migrar de un nodo a otro de la red, lo cual es bastante útil en la solución de problemas como por ejemplo, la desconexión temporal a la red [3], lo cual es frecuente en las redes inalámbricas. Existen dos tipo de movilidad de agentes: 1) Movilidad fuerte (strong mobility): implica la migración del código del agente, el estado de ejecución (contador y la pila de ejecución), y los datos. 2) Movilidad débil (weak mobility): implica la migración únicamente del código del agente y los datos. La migración de los agentes trae consigo algunos problemas, a saber: la incompatibilidad [4] entre agentes y la seguridad. La incompatibilidad entre agentes ha sido atacada a través de mecanismos, tales como los estándares de organizaciones especializadas en agentes: la OMG (Object Management Group) y FIPA ( Foundation for Intelligent Physical Agents), que a través de especificaciones abiertas han definido los principios (protocolos) para la interacción entre los agentes [5][6]. En cuanto al problema de la seguridad, debido a que los agentes móviles pueden migrar con los datos (por ejemplo: claves privadas, valores sensibles, transacciones electrónicas, etc) sigue siendo difícil protegerlos de otros agentes maliciosos o de las plataformas de agentes (Frameworks) en otros servidores. Se han desarrollado algunas soluciones que proveen un cierto nivel de seguridad, pero el rendimiento puede ser afectado notablemente. Respecto a la implementación de la tecnología de agentes en los ambientes móviles, esta no ha sido una tarea fácil debido a las restricciones de hardware (principalmente en los teléfonos celulares) de este tipo de dispositivos. Sin embargo, con la rápida evolución de la tecnología Java y su versión especial de la maquina virtual (KVM Kilo Virtual Machine) para dispositivos móviles, se han superado la mayoría de los problemas. III. Plataformas de agentes Los agentes para su ejecución necesitan de un software especial, que provea una serie de servicios básicos: seguridad, movilidad, comunicación, identificación, entre otros. A este software se le denomina plataforma de agentes [7]. Las plataformas de agentes se han desarrollado en herramientas como Java, la cual posee ciertas características especiales (independencia de plataforma operativa, lenguaje compilado e interpretado, 3

4 - Universidad de Manizales, enero junio / 2005 seguridad en la ejecución, serialización de objetos y manejo de multhilos) que facilitan la implementación de los agentes móviles 2. De hecho, Java es quizás la herramienta bajo la cual se ha desarrollado el mayor número de plataformas de agentes, a pesar de que solo soporta movilidad débil. Algunas de las plataformas que se han desarrollado en Java son: Aglets, Grasshopper, ZEUS, SemoA, Tracy, y JADE. A continuación se describe de manera breve cada una de estas plataformas: Aglets: Una de las primeras plataformas de agentes. Fue desarrollada en los laboratorios de IBM, siendo un producto comercial bastante reconocido, aunque actualmente existe una versión Open Source [8]. Los Aglets son agentes móviles que pueden migrar de manera autónoma entre los nodos de un sistema distribuido. Esta plataforma soporta movilidad fuerte y los estándares de la OMG y FIPA. Provee ciertos mecanismos de seguridad (encriptación, autenticación, entre otros), pero presenta algunos problemas de compatibilidad para su ejecución en algunas plataformas operativas. Grasshopper: Básicamente es una extensión del JDK (librerías paquetes de clases) desarrollada bajo los estándares de la OMG (por ejemplo: MASIF - Mobile Agent System Interoperability Facility) y la FIPA [9]. Los archivos binarios se distribuyen en Internet de manera libre y soporta varias plataformas operativas. Es bastante flexible y adaptable. Además, utiliza un entorno visual para la manipulación de los agentes creados y es posible la interacción con otros estándares como CORBA y RMI. Permite solo la movilidad débil, aunque la movilidad fuerte puede ser simulada. ZEUS: Es una plataforma de agentes Open Source, desarrollada en los laboratorios de British Telecom. Permite la creación de agentes con una funcionalidad general y en un entorno visual. Soporta los estándares de comunicación de agentes de FIPA y ha sido probada con éxito bajo plataforma operativa Windows y Solaris [10]. SemoA (Secure Mobile Agents): Es un proyecto Open Source (Fraunhofer Society - Alemania) relativamente nuevo que se distribuye bajo licencia LGPL 3. Básicamente se trata de una especie de Toolkit para el desarrollo de agentes móviles [11]. Su característica principal es el enfoque fuerte en el aspecto de la seguridad, buscando proteger los agentes móviles de los posibles ataques de seguridad [12]. Además, provee cierta interoperabilidad 2 El término Agente Móvil se atribuye a Jim White en su articulo Mobile Agents White Paper (1996). 3 LGPL GNU Lesser General Public License. URL: 4

5 con otras plataformas de agentes como Aglets y JADE. Tracy: Es una arquitectura de software basada en componentes, surgida en el ambiente académico, y que posee un núcleo (kernel), sobre el cual se adicionan los plugins para proveer servicios tales como movilidad, seguridad, comunicación, cooperación, etc. Los agentes son ejecutados por encima de los componentes que proveen los servicios, logrando así una gran flexibilidad y la posibilidad de integrar nuevos módulos de manera relativamente sencilla [14]. Este nuevo enfoque planteado desde la Academia (Friedrich Schiller University of Jena (FSU), Alemania), busca integrar los esfuerzos de los grupos de investigación que trabajan en torno a la temática de los agentes, y que por razones de incompatibilidad de las plataformas desarrolladas (Frameworks, Toolkits, etc) se ven aislados y en ocasiones abocados al fracaso. La plataforma JADE se describe de manera un poco más amplia en la siguiente sección. IV. Plataforma JADE JADE es una plataforma de agentes con filosofía Open Source y que se distribuye bajo licencia LGPL. Fue desarrollada por TILAB 4 y su principal objetivo es facilitar el desarrollo de aplicaciones multi-agentes distribuidas, basadas en arquitecturas de comunicaciones punto a punto. Este tipo de arquitectura es descentralizada y los puntos son autónomos, con capacidad de tomar la iniciativa en una comunicación, así como de prestar servicios a los otros puntos. Esta distribución puede ser implementada tanto en terminales móviles, como en computadores en redes fijas. JADE ha sido desarrollado totalmente en Java y cumple a cabalidad con las especificaciones de FIPA, por lo tanto puede interactuar con cualquier plataforma de agentes que cumpla con este estándar. Provee un conjunto de APIs que son independientes de la red y de la versión de Java, dejando en libertad a los desarrolladores de escoger el ambiente de desarrollo de Java que se adecue más a sus necesidades, estas APIs son simples y fáciles de usar, lo cual oculta al desarrollador la complejidad de la plataforma, además son configurables, permitiendo que se usen solo las características que se requieran, disminuyendo de esta manera la sobrecarga computacional [15]. La arquitectura de JADE incluye, por un lado, las librerías que se requieren para el desarrollo de aplicaciones basadas en agentes, y por el otro, el 4 TILAB - Telecom Italia Lab, laboratorio de investigación de Telecom. Torino (Italia). URL: 5

6 - Universidad de Manizales, enero junio / 2005 ambiente de desarrollo con los servicios básicos que deben estar presentes para que los agentes puedan ejecutarse. Cada instancia del ambiente de desarrollo recibe el nombre de Contenedor, quienes en conjunto conforman la plataforma o middleware que permite a los desarrolladores abstraerse de la complejidad y diversidad de las capas subyacentes. En la Fig. 1 se presenta de forma general la arquitectura de JADE. Figura 1. Arquitectura de JADE (tomada de la documentación de JADE en la URL - Como se puede observar en la Fig. 1, la versatilidad de JADE permite que se integre a distintos tipos de ambientes, desde complejas arquitecturas como J2SE y.net hasta ambientes restringidos con limitaciones de recursos como son los ambientes móviles. Desde el punto de vista funcional, JADE ofrece los servicios básicos que se requieren para la implementación de aplicaciones distribuidas punto a punto. Dentro de estos servicios básicos se pueden mencionar los siguientes: Descubrimiento dinámico, a través de la asignación de nombres únicos a los agentes, complementado con el servicio de páginas amarillas las cuales pueden ser distribuidas a través de múltiples hosts, para facilitar dicho descubrimiento. Comunicación entre agentes, por medio del intercambio asincrónico de mensajes permitiendo la independencia temporal entre los agentes que se están comunicando, la estructura de los mensajes se basa en el lenguaje ACL (Agents Communication Languages) definido por FIPA, además se cuenta con patrones de interacción típicos para la ejecución de tareas comunes en diversas aplicaciones. Seguridad, utilizando mecanismos de autenticación y verificación de los derechos asignados a los agentes. Esto permite a las aplicaciones verificar la identidad de los agentes y prevenir acciones no permitidas. 6

7 Movilidad de código y de estado de ejecución permitiendo la distribución de funciones y de carga computacional. Escalabilidad, en ambientes con limitación de recursos JADE permite que se ejecuten tareas paralelas en un mismo hilo de ejecución Java. Además de los servicios mencionados, JADE proporciona un amplio conjunto de herramientas gráficas que soportan la depuración, la gestión y el monitoreo del ciclo de vida de las aplicaciones. JADE posee ciertas opciones que le permiten al programador controlar el ciclo de vida de los agentes, e incluso simular el intercambio de mensajes entre los agentes. Este tipo de ayudas son muy útiles para el programador y facilitan enormemente el desarrollo de las aplicaciones que utilizan agentes. V. Agentes móviles en JADE JADE es compatible con J2ME 5 CLDC/MIDP 1.0 6, y ha sido probado sobre redes celulares con tecnología GPRS en diferentes tipos de terminales móviles, tanto teléfonos celulares como PDAs. El ambiente de desarrollo de JADE trabajando sobre el perfil MIDP 1.0 ocupa un espacio de memoria de alrededor de 100 KB, pero utilizando ciertas técnicas puede reducirse hasta 50 KB. JADE es totalmente modular por lo cual fácilmente puede ser configurado para adaptarse a las características del ambiente de desarrollo. Para el caso de dispositivos móviles conectados a redes inalámbricas, JADE proporciona un módulo denominado LEAP (Lightweight Extensible Agent Platform) que permite optimizar todos los mecanismos de comunicación [16][17]. Cuando se activa LEAP, el Contenedor se divide en dos partes, una de ellas se ubica en el dispositivo móvil (frontend) y la otra se ubica en la red fija (back-end). El manejo de los back-end se hace a través de un elemento de la arquitectura denominado Mediador. El front-end y su correspondiente backend mantienen una comunicación bidireccional permanente. Este mecanismo permite colocar la mayor parte de la funcionalidad del Contenedor en el backend, haciendo el front-end ligero en términos de memoria y poder de cómputo requerido. 5 J2ME Java 2 Platform, Micro Edition, subconjunto de la tecnología Java para la programación de dispositivos móviles. URL: 6 CLDC (Connected Limited Device Configuration), una configuración define un conjunto mínimo clases y una serie de funciones esenciales de la maquina virtual de Java, para permitir la ejecución de aplicaciones en los dispositivos móviles. MIDP (Mobile Information Device Profile) según Sun MicroSystems, un perfil define el mínimo conjunto de interfaces de aplicación disponibles para una determinada familia de dispositivos móviles. 7

8 - Universidad de Manizales, enero junio / 2005 VI. Conclusiones JADE es una más de las exitosas herramientas de software desarrolladas por la comunidad Open Source. Actualmente, existe una organización sin ánimo de lucro denominada JADE Governing Board 7, cuyos objetivos principales son la promoción, la continuidad en el desarrollo de la herramienta y la adopción de JADE en la industria de las telecomunicaciones móviles. Esto ha permitido acelerar el desarrollo de nuevas aplicaciones inalámbricas basadas en agentes, expandiendo las opciones para los usuarios y aportando a los desarrolladores, una herramienta de código abierto que facilita la implementación de tales aplicaciones. Cuando surgen nuevas ideas y arquitecturas la única manera de que perseveren en un mundo donde los cambios tecnológicos son tan rápidos, es a través de estándares. Es por ello, que los desarrolladores de JADE se acogieron a los estándares de la FIPA, lo cual facilita la interacción con otras plataformas de agentes. Actualmente, JADE es una de las herramientas de agentes más popular entre los desarrolladores de aplicaciones basadas en agentes (incluidos los agentes móviles), ya que se puede implementar sobre diferentes plataformas, sus APIs son homogéneas e independientes de la red subyacente y de la versión de Java, permitiendo a los desarrolladores reutilizar el código en PCs, PDAs o teléfonos móviles que soporten Java (J2ME). Referencias [1] JADE Java Agent DEvelopment Framework. URL: [2] Chess D., Harrison C., Kershenbaum A, Mobile Agents: Are They A Good Idea?. IBM Research Division. T. J. Watson Research Center URL - [3] A. García Dávalos, Z. M. Solarte Astaiza, 4-TMA Software Architecture for Developing Mobile Applications, First International Workshop MATA 2004, Florianópolis, Brasil, 2004, Addendum to the Proceedings, pag [4] P. Misikangas, K. Raatikainen, Agent Migration between Incompatible Agent Platforms. The 20th International Conference on Distributed Computing Systems (ICDCS 2000), Taipei, Taiwan, Proceedings pag. 4. IEEE Computer Society, Abril [5] Foundation for Intelligent Physical Agents FIPA. URL: [6] The OMG MASIF Standard URL: 7 Iniciativa lanzada por TILAB y Motorola en mayo del 2003, que es abierta a las compañías y que busca hacer de JADE un estándar de-facto en la industria de las telecomunicaciones. 8

9 [7] M. C. Campo Vázquez, C. García Rubio, F. A. Mendoza, A. M. López, C. Delgado Kloos, TAgentsP y PDP: propuestas para una plataforma de agentes en computación ubicua, IV Jornadas Iberoamericanas de Telecomunicación y Telemática, JITT'02, CITA 2002, Mérida, Venezuela, Septiembre [8] IBM Aglets SDK URL: [9] Grasshopper URL: [10] ZEUS Agent Toolkit URL: [11] SemoA - Secure Mobile Agents. URL: [12] V. Roth, M. Jalali, Concepts and Architecture of a Security-centric Mobile Agent Server, Fifth International Symposium on Autonomous Decentralized Systems, Dallas, Texas, U.S.A, Marzo IEEE Computer Society Press (2001), pag [13] Tracy The Mobile Agent System. URL: [14] P. Braun, I. Muller, et alt., Agent Migration as an Optional Service in an Extendable Agent Toolkit Architecture. First International Workshop, MATA 2004, Florianopolis, Brazil, Proceedings pag Springer- Verlag, Octubre [15] Bellifemine F., Caire G., Poggi A., Rimassa G., JADE A White Paper, disponible en el web site de JADE. URL: [16] M. Berger, M. Bouzid, et alt., An Approach to Agent-Based Service Composition and its Application to Mobile Business Processes, IEEE Trans. On Mobile Computing, Vol. 2, NO. 3, pag , July- September, [17] LEAP - Lightweight Extensible Agent Platform, 5th Framework Project. URL: 9

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