论文部分内容阅读
无线传感器网络由大量部署在监测区域的传感器节点组成，是经由无线通信方式构成的自组织网络系统，目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内感知对象的属性信息，并传输给观察者使用。它以数据为中心，注重信息的感知和协作处理，提供了一种全新的信息获取和处理的方法，在国防军事、安全反恐、节能减排、环境监测、交通控制、物流运输、医疗卫生和生产制造等领域具有广阔的应用前景。
目前，无线传感器网络研究领域主要存在客户端/服务器(Client/Server，简称C/S)和移动代理(Mobile Agent，简称MA)两种计算模式。其中基于移动代理的计算模式具有能够降低网络数据通信量、网络拥塞几率和提高网络生存周期的优点，获得了理论界和工程界的广泛关注。本论文针对移动代理计算模式在无线传感器网络应用中的若干问题进行了较深入的研究，主要研究工作如下：
(1)针对无线传感器网络中感知数据空域广布，时域累积，高度冗余的特点，提出了一种基于移动代理和小波变换的数据加权融合算法。算法利用小波变换多尺度分析的能力，将节点信号分解为概要空间和细节空间两部分。其中概要空间是信号的低频分量，是信号的近似轮廓，在精度要求不高的场合，通过抛弃细节空间来减少数据通信量。另外，算法利用移动代理可以在节点间迁移的特性，通过让其携带各节点加权系数实现对节点数据的加权融合，避免节点间数据融合所需的额外交互通信。算法能有效解析和利用感知数据的时空相关性，减少数据通信量和降低网络能耗。
(2)针对基于移动代理无线传感器网络中移动代理的迁移路由问题，提出了一种基于网格和改进的自适应遗传算法的移动代理路由算法。算法将网络进行网格化处理，每个网格通过选择健壮节点作为簇头来构建虚拟骨干网络，能够增强传输路径的稳定性。另外，算法将移动代理的迁移路由问题转化为网格化传感器网络中的迁移路径寻优问题，通过改进的自适应遗传算法来求次优解作为迁移基路径。算法还增加了动态路径修复的策略，利用基路径来动态修复失效路径，可以减少能耗开销和进一步提高算法适应网络拓扑变化的能力。
(3)针对基于移动代理无线传感器网络的应用实现问题，提出了一种基于多代理协作的移动代理运行环境平台中间件模型框架。主要通过驻留在节点内的各种静态代理的相互协作构建移动代理的运行环境平台，实现对移动代理的解析、调度和协助其完成各项任务。设计的静态代理功能上大致分两类：一类负责数据处理和操作过程，它们协作实现移动代理处理引擎功能；一类负责数据获得和维护，它们提供和维护操作过程需要的数据。采用多静态代理协作的方式构建的运行环境平台中间件能有效调度各种移动代理，便利地实现各种功能应用，提高网络应用灵活性。
(4)针对基于移动代理无线传感器网络中数据处理的问题，提出了一种基于自回归模型的预测方法。算法对一类缓变物理信号，通过获取和处理其有限长采样值分析得到其变化过程的自回归预测模型。在汇聚节点利用自回归预测模型预测接下来信号变化的预测值。由于模型精度有可能超出应用需求，需要对汇聚节点的预测结果进行风险控制。算法将风险控制功能转移到传感器节点进行，并通过移动代理到传感器节点获取感知数据样本、模型参数和传递风险控制信息。