技术领域
[0001] 本
发明涉及无线传感网络中基于代理的自适应协作感知方法，基本思想是：首先在无线
传感器网络里分布多个移动代理。移动代理拥有传感器
节点所需要的应用代码，并且移动代理之间可以通过P2P的方式来共享应用代码。移动代理随时感知其所在的周围环境的变化，如果发生了变化，移动代理根据重构策略判断是否需要进行应用重构；如果需要，则向需要进行应用重构的传感器节点传输新的应用代码。当节点成功获取到需要的应用代码后进入执行阶段，采集到的新数据经过移动代理传输到汇聚节点进行聚合。基于移动代理的方式能够满足用户日益增长的应用需求，开发人员随时根据需要开发新的应用代码并将他们发布到移动代理上。同时基于移动代理的数据传输方式极大地降低了网络中的通信负载。属于
计算机网络领域。
背景技术
[0002]
无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络
覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者。参与协同的节点通过协作感知“理解别人的活动，为自己的活动提供相关信息”。无线传感器网络通过多个传感器节点协作地监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，然后将这些信息传送给汇聚节点。在这个过程当中传感器节点需要随时感知环境状态的变化自适应地调整和改变其上的应用。例如，智能大厦中利用传感器网络来监视火灾，在正常情况下，传感器网络只需要监视
温度数据；当发现温度有异常升高时，传感器节点需要改变其应用，开始采集湿度和烟雾数据；当确实发生火灾时候，则传感器节点开始采集火灾现场的视频图像；当火灾情况解除后，传感器网络应该又恢复到采集温度数据状态。在整个监测期间，无线传感器网络需要随监测环境状态的变化自适应地重构其上的应用，以适应不断变化且不可预料的外界环境。
[0003] 目前有两种解决方式，第一种方式是由传感器节点自身感知环境状态的变化，然后判断是否改变应用，如果需要，则调整和改变应用代码以适应新的应用。这种方式的前提是在传感器网络初始工作前，就将所有的应用代码一次加载到传感器上。然而受到传感器自身存储、计算能
力以及待机时间的制约，使得这种代码一次加载的方式在实际的应用当中受到了极大的限制，同时也无法满足用户日益增长的应用需求。第二种方式是也是由传感器节点自身来感知环境状态的变化，与第一种所不同的是传感器节点将变化汇报给汇聚节点，然后由汇聚节点进行应用重构判断。如果需要，则将新的应用代码发送给传感器节点。这种方式完全依 靠汇聚节点来决策并配置新的应用，因此对汇聚节点本身的性能有非常高的要求，存在单点失效的问题。同时汇聚节点再发送新的应用代码的过程中消耗了更多的带宽，增加了网络的通信负载。另外，由于环境的变化直接影响传感器网络的应用重构，那么随之而来引入的新问题就是无线传感器网络如何实时地感知到(或学习到)环境的变化。
[0004] 其次，无线传感器网络作为多节点协同的任务型网络，多个节点不仅要进行数据的采集和传输，而且要聚合。虽然传统的基于密钥的安全机制能够保证任务和数据本身的机密性，却不能有效的识别无线传感器网络中的恶意节点，激励节点的协同行为以及帮助汇聚节点选择可靠性高的节点提供的数据进行聚合。
[0005] 因此迫切需要在资源受限的传感器网络上设计出一个能够感知环境条件变化，进行应用重构以及安全有效的完成数据聚合的自适应协作感知方法。该方法旨在给出一种自适应的安全的多节点协作机制，最终解决各传感器节点之间的协作感知问题。 发明内容
[0006] 本发明的目的在于提供一种无线传感网络中基于代理的自适应协作感知方法。该方法首先在无线传感器网络里分布多个移动代理。移动代理是一类特殊的
软件代理，它除了具有软件代理的基本特性——自治性、响应性、主动性和推理性外，还具有移动性，即它可以在网络上从一台主机自主地移动到另一台主机，代表用户完成
指定的任务。移动代理拥有传感器节点所需要的应用代码，并且移动代理之间可以通过P2P的方式来共享应用代码。移动代理随时感知其所在的周围环境的变化，如果发生了变化，移动代理根据重构策略判断是否需要进行应用重构；如果需要，则向需要进行应用重构的传感器节点传输新的应用代码。当节点成功获取到需要的应用代码后进入执行阶段，采集到的新数据经过移动代理传输到汇聚节点进行聚合。本发明的优点是无线传感器网络能够随时感知周围环境状态的变化，自适应地进行应用重构并保证数据聚合的安全性。基于移动代理的方式能够满足用户日益增长的应用需求，开发人员随时根据需要开发新的应用代码并将他们发布到移动代理上。同时基于移动代理的数据传输方式极大地降低了网络中的通信负载。 [0007] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
[0008] 本发明具体实施时包括环境感知与重构决策阶段；代码执行及数据聚合阶段。首先在无线传感器网络里分布多个移动代理。移动代理随时感知周围环境的变化，采集环境数据并根据
知识库中的领域知识对环境状态的变化进行推理，判断当前节点所执行的应用任务是否适合环境状态的变化，如果不适应，则向需要进行应用重构的传感器节点传输新的应用代码。否则，传感器节点继续执行原应用任务。按照这种方式，用户只需在移动代理上一次性部署 知识，移动代理就可以根据环境状态的变化自适应地进行重构决策。其中重构决策是由移动代理的三个功能模
块来完成包括构成知识库、知识管理器和重构触发器。具体实现如图1。当传感器节点成功获取到需要的应用代码后进入执行过程，采集新的数据并通过移动代理传输到汇聚节点进行聚合，如图2。具体做法是使用信任来评价节点的行为，并用其指导数据的聚合。每次节点在完成交互之后，节点彼此都会对此次交互的行为进行评估，得到的结果称为局部信任度。局部信任度作为原始数据，输入进信任模型。传感器节点的全局可信度，由与之发生过交易行为的其他节点对它的局部信任度，以及这些节点的全局可信度来计算。每次节点完成交易之后，都会对它的局部可信度表进行更新。只有全局信任度达到一定
阈值的传感器节点提供的数据才能被选择用来数据聚合，这种方式可以尽可能地排除虚假数据对聚合值的影响并激励节点的协同行为。
[0009] 本发明提出的基于代理的自适应协作感知方法与现有的技术相比，具有如下明显的优势和有益效果：
[0010] 1)基于移动代理无线传感器网络能够随时感知周围环境状态的变化，自适应地进行应用重构。
[0011] 2)基于移动代理的方式能够满足用户日益增长的应用需求，开发人员随时根据需要开发新的应用代码并将他们发布到移动代理上。
[0012] 3)基于移动代理的数据传输方式极大地降低了网络中的通信负载。 [0013] 4)在数据聚合的过程中集成信任管理技术可以通过信任机制减少恶意的节点被选择的机会，将其排除于原始
数据采集和传输之外。
[0014] 本发明提出的基于代理的自适应协作感知方法，能够自适应感知环境条件变化并有效的识别恶意节点，激励节点的协同行为以及安全地进行数据聚合。该方法旨在给出一种能够感知并自适应环境变化的安全的多节点协作机制，最终解决各传感器节点之间的协作感知问题。
附图说明
[0015] 图1重构决策的功能模块；
[0016] 图2数据通过移动代理的传输过程；
[0017] 图3具体实施过程；
具体实施方式
[0018] 具体实施过程如图3，具有以下特征：
[0019] 整个无线传感器网络包括传感器节点，移动代理，环境数据，信任数据和应用数据。
[0020] 本发明具体实施时包括环境感知与重构决策阶段；代码执行及数据聚合阶段。 [0021] 环境感知与重构决策阶段；
[0022] 首先在无线传感器网络里分布多个移动代理。移动代理随时感知周围环境的变化，采集环境数据并根据知识库中的领域知识对环境状态的变化进行推理，判断当前节点所执行的应用任务是否适合环境状态的变化，如果不适应，则向需要进行应用重构的传感器节点传输新的应用代码。否则，传感器节点继续执行原应用任务。其中，重构决策由移动代理的三个功能模块来完成包括构成知识库、知识管理器和重构触发器。知识库存储用户预定义的领域知识。我们将环境状态和传感器需要执行的应用之间的关系抽象为知识并用基于规则的方法将知识表示为下面的公式：
[0023] R→F(or IF R THEN F)
[0024] 其中，R是公式的前件，表示该知识相关的环境条件，F是公式的后件，表示重构行为，即环境条件下传感器节点应该提供的应用。知识管理器负责管理知识，用户可以定义领域知识并将其存放在知识库中，知识管理器能够运用知识对采集的当前环境数据进行推理得到当前环境变化的相关结论，并将该结果传送给重构触发器。重构触发器比较知识管理器得到的环境变化的结论与当前传感器节点运行的应用任务是否匹配，进而判断是否需要进行应用重构以及如何进行重构。如果需要重构，就向需要进行应用重构的传感器节点传输新的应用代码。，否则继续保持原应用。
[0025] 代码执行及数据聚合阶段：
[0026] 当节点成功获取到需要的应用代码后进入执行过程，采集新的数据通过移动代理传输到汇聚节点进行聚合。具体做法是使用信任来评价节点的行为，并用其指导数据的聚合。每次节点在完成交互之后，节点彼此都会对此次交互的行为进行评估，得到的结果称为局部信任度。局部信任度作为原始数据，输入进信任模型。传感器节点的全局可信度，由与之发生过交易行为的其他节点对它的局部信任度，以及这些节点的全局可信度来计算。每次节点完成交易之后，都会对它的局部可信度表进行更新。只有全局信任度达到一定阈值的传感器节点提供的数据才能被选择用来数据聚合，这种方式可以尽可能地排除虚假数据对聚合值的影响并激励节点的协同行为。节点的全局可信度计算公式如下： [0027]
[0028] 其中Vx代表节点x的全局可信度，S是与节点x发生过交易的节点的集合。fyx是节点y对节点x的局部可信度值。wy是局部可信度fyx的权重。整个信任的计算过程采用多次叠代的方法， 直到Vx收敛到一个稳定的值。
[0029] 最后应说明的是：以上
实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案；因此，尽管本
说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行
修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
