1、基于移動Agent的無線傳感器網絡數據管理框架    0 引言      低功耗無線電通信技術、嵌入式計算技術、衛星傳感器技術及集成電路技術的飛速發展和日益成熟,使得大量低成本的衛星傳感器通過無線鏈路自組織成無線傳感器網絡成為現實。無線傳感器網絡具有自組織性、自適應性與容錯性高等特點,在軍事、工農業、生物醫療、環境監測等許多重要領域具有十分廣泛的應用前景1。     無線傳感器網絡大量傳感器節點（sensor node）和少數匯聚節點（sink node）組成。位于

2、監測區域的傳感器節點負責采集相關數據信息,最終將數據傳送至匯聚節點,無線傳感器網絡是以數據為中心的,其目標是采集具有某種特征屬性的數據,而不關心數據具體來源于哪個傳感器節點。基于上述思想,數據庫研究者把無線傳感器網絡抽象為數據系統,使無線傳感器網絡的物理實現與應用相分離2。由于無線傳感器網絡數據特點是數據量大、時效性強、網絡節點在能量、計算、存儲及通信能力方面存在局限性3,所以良好的數據管理技術能夠提高傳感器節點協作感知、采集、處理、發布數據信息的效率,進而更好地確定無線傳感器網絡的可用性和有效性。     移動agent是一種分布式計算技術,

3、具有很多優點。本文提出個一種基于移動agent技術改進現有的無線傳感器網絡數據管理模式的框架,利用移動agent不僅收集數據而且能夠處理數據的特點,減輕數據管理中心負載,克服了當前數據管理方案的局限性。1 移動agent機制4     移動agent是分布式計算技術和人工智能技術相結合的產物,本質上是一個程序實體,擁有一定的智能和判斷能力,它可以自己的控制下,按照一定的規程在網絡節點間遷移,尋找并處理合適的資源,代表用戶完成特定的任務。agent在一個執行環境中被創建后,能夠攜帶自身狀態和代碼在網絡中遷移到另一個環境中恢復執行。移動agent的特性主要體

4、現以下幾個方面：a）自主性：agent一旦被初始化便可獨立執行,無需后來的直接干預,agent控制自身的內部狀態和外部行為,也可以被授權做出某種決定,完成相關的任務。b）反應性：agent能感知和作用于其所處的環境,對環境的變化能做出及時的響應,這些環境可以是物理的世界、使用圖形接口的用戶、其他agent集合或所有這些的組合。c）能動性：agent不僅能對所處環境做出響應,還能主動展現面向目標的行為。d）通信性：agent之間的交互隨任務驅動的變化而進行調整,彼此協作完成復雜的任務。e）移動性：agent可在一個網絡上隨時、自主地實現節點間遷移,正在運行中的agent狀態可以被存儲且傳送到目標

5、節點,且中止agent程序可以被恢復執行。2 數據管理體系結構      目前,無線傳感器網絡數據管理大多采用近似客戶/服務器的數據處理模式5,可分為集中式數據管理結構和分布式數據管理結構兩種。       集中式數據管理結構的特點是感知數據的處理和無線傳感器網絡的訪問是相對獨立的,各傳感器節點感知的數據經多跳后路由至匯聚中心或服務器處理,網絡的數據管理決策由處理中心負責,這種方法很簡單,但是由于所有傳感器的數據都要求傳送到中心處理節點,通信開銷很大,使用范圍較小。 

6、0;   分布式數據管理結構又稱網內處理結構?？紤]到無線傳感器網絡節點的大規模分布,大量冗余信息傳輸可能造成的能耗損失及較大的通信開銷,因此分布式數據關系結構特點是網絡中部分傳感器節點除負擔數據轉發任務外,還負責部分的數據管理任務,如執行聚集操作等。3 基于移動agent的數據管理框架     在支撐傳感器網絡實際數據服務環境中,上述體系結構在占用網絡帶寬、負載平衡以及因節點失效而動態調整數據處理策略等方面尚存在不足6?；谝苿觓gent的數據管理思想是利用agent將網內數據駐留在獲取它的節點上,通過agent或計算引擎將特定信息需

7、求的代碼及狀態在網絡中傳播與處理,并將最終的信息返回給數據管理中心（匯聚節點或中心服務器）?；谝苿觓gent的無線傳感器網絡如圖1所示。結合無線傳感器網絡數據的分布式特點以及數據管理任務的分派方式,基于移動agent的網絡數據管理框架主要包括移動agent實體與移動agent服務環境兩部分。如圖2所示。移動agent服務環境是系統的核心部分,提供一個位置透明、便于控制、安全可靠的數據管理執行環境,主要負責移動agent的創建、運行、掛起、終止、傳送和接收等工作。該服務環境依據預置的初始任務執行方案,確定agent的遷移與協作的策略以及傳輸通信機制。   

8、0;   移動agent實體包括服務agent和信使agent兩類,是網絡數據管理任務的分派與執行者。服務agent駐留于移動agent服務環境,為信使agent提供資源和基礎環境的訪問支持與任務決策。服務agent按照macp（移動代理控制協議）,發送移動agent程序,并根據網絡數據狀態信息控制其行為。信使agent在網絡數據源之間移動,利用對資源的控制來滿足遠程數據源訪問的目的。      與目前網內處理的數據管理體系結構相比較,基于移動agent的數據管理框架是通過移動代理技術,將代理支撐環境駐留在節點設備上,基于移

9、動agent服務環境的數據管理中心,根據實際網絡狀態選擇適當功能的agent程序發送到目標節點,在agent運行環境中生成程序實例（instance）,完成預期功能。該管理框架本質上是利用agent靈活的數據收集與計算能力,將處理功能移向數據源本地,使得數據管理所需的計算最大限度地分布于整個網絡,各傳感節點的感知數據通過agent自主管理,并能及時獲得性能態勢,另外,agent之間的協商與知識學習機制,利用動態實現數據處理任務的決策,滿足傳感器網絡性能優化。4 移動agent的內部結構     用于網絡數據管理的移動agent是指根據數據管理需求動態發布

10、到數據源節點,并在目標節點執行的一段程序,目的是優化管理,agent的行為（啟動、掛起、終止、刪除）完全受控于發送它的進程,如圖3所示,移動agent的結構包括通信層、推理機、管理層和agent知識庫4部分,一個移動agent的內部行為表現為通信層接收外部環境的信息（來自其他agent的消息與請求）,由推理機（包含數據處理相關的先驗規則集）根據這些消息、請求以及agent的狀態,與知識庫交互學習。服務agent的關系任務決策層根據推理機得出的結果做出合理的任務判決,通過通信層將任務分派給信使agent,信使agent獲得分派任務后,執行遷移動作,到達目標節點后,信使agent對獲知的傳感器節點

11、數據進行分析、推理后,執行相關的動作（采集、融合、查詢等）,同時更新agent狀態信息,并確定需完成的下一個管理任務集。信使agent完成任務后,將結果傳送給服務agent。5 移動agent之間的通信機制       移動agent通信層支持分布式決策中的協商過程,接收來自其他agent的執行請求、通知或結果信息。協商過程要求能及時了解傳感器所完成的數據處理能力,移動agent之間的通信消息來自agent內部的決策過程,包含數據管理相關的標識、類型、內容及發送和接收者。系統數據管理決策任務優先級由服務agent確定,執行任務的優先級則由信使agent確定。管理任務的性能指標經移動agent間的協商確定。6 結束語     目前