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(wèi)星傳感器技術及集成電路技術的飛速發(fā)展和日益成熟,使得大量低成本的衛(wèi)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(yè)、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)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(jié)點（sensor node）和少數匯聚節(jié)點（sink node）組成。位于監(jiān)測區(qū)域的傳感器節(jié)點負責采集相關數據信息,最終將數據傳送至匯聚節(jié)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(jié)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(tǒng),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(jié)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(jié)點協(xié)作感知、采集、處理、發(fā)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,具有很多優(yōu)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(guī)程在網絡節(jié)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(zhí)行環(huán)境中被創(chuàng)建后,能夠攜帶自身狀態(tài)和代碼在網絡中遷移到另一個環(huán)境中恢復執(zhí)行。
移動agent的特性主要體現以下幾個方面：
a）自主性：agent一旦被初始化便可獨立執(zhí)行,無需后來的直接干預,agent控制自身的內部狀態(tài)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(huán)境,對環(huán)境的變化能做出及時的響應,這些環(huán)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(huán)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(xié)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(jié)點間遷移,正在運行中的agent狀態(tài)可以被存儲且傳送到目標節(jié)點,且中止agent程序可以被恢復執(zhí)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(jié)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(jié)點,通信開銷很大,使用范圍較小。
分布式數據管理結構又稱網內處理結構。考慮到無線傳感器網絡節(jié)點的大規(guī)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(jié)點除負擔數據轉發(fā)任務外,還負責部分的數據管理任務,如執(zhí)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(huán)境中,上述體系結構在占用網絡帶寬、負載平衡以及因節(jié)點失效而動態(tài)調整數據處理策略等方面尚存在不足[6]。
基于移動agent的數據管理思想是利用agent將網內數據駐留在獲取它的節(jié)點上,通過agent或計算引擎將特定信息需求的代碼及狀態(tài)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(jié)點或中心服務器）。
基于移動agent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(huán)境兩部分。如圖2所示。
