专利名称：一种基于移动代理的普适计算数据处理控制方法
技术领域：
本发明是一种基于移动代理的数据处理控制方案。主要用于解决普适计算环境下的数 据传输和处理问题，基于移动代理技术采用分簇的方法来解决普适计算环境下的数据处理 问题，属于分布式计算、普适计算技术应用领域。
背景技术：
普适计算模式将设备嵌入到人们生活的各种环境中，使得通信服务以及其他各种以人 为中心的计算和信息访问服务在任何时间、任何地点都成为可能，许许多多的计算设备通 过全球网络为使用者提供更加人性化的服务。普适计算环境具有移动性、设备能量受限、 网络通信带宽窄、自主服务等特点。
在普适计算环境中，数据处理过程主要包括数据采集、数据传输、数据处理三个方面。 如何减少传输的数据、平衡网络能量消耗，使全网能量消耗更均匀，将成为加快数据处理 速度、延长网络生存周期的关键。
基于移动代理的普适计算环境下的数据处理控制方法，在网络数据传输中，将全网进 行网格划分，在网格内利用分簇的机制并采取有效的传输数据路径，可以减少需要传输的 数据量，有效解决网络能量消耗不均匀的问题，提高网络数据处理速度，延长网络生存周 期。
移动代理技术在在基于网络的分布计算这一当今计算机主流技术领域中，正发挥着越 来越重要的作用。 一方面，移动代理技术为解决新的分布式应用问题提供了有效途径；另 一方面，移动代理技术为全面准确地研究分布计算系统的特点提供了合理的概念模型。移 动代理技术是解决复杂、动态、分布式智能应用的一
种全新的计算手段，与传统的网络计算模式有着本质的区别。移动代理具有移动性、自主 性、开放性、自适应性、并行性等特性，将移动代理技术应用在普适计算环境下.能够有 效地管理和利用系统的各种资源和信息，进行更智能化的数据处理。
普适计算最根本的思想是以人为本，需要为人提供自主服务。普适计算环境涉及的设 备千变万化，空间上分布分散，这些设备还可能在物理空间上移动。因此，需要处理的数 据类型千差万别，数据量也可能很大。因此，需要更智能的手段减少网络数据处理量，提 高网络响应速度，为用户提供更智能的透明服务。
传统的设备数据访问和处理方式主要有客户机/服务器模式(C/S模式)和Web浏览器/ 服务器模式(B/S模式)。C/S模式是客户端与服务器直接相连模式，需要专门的客户端和 人为干预，分布功能弱，不能够快速反映数据源的最新信息；B/S模式是浏览器/服务器模 式，必须使用浏览器连接网络才能使用B/S终端，不能够满足普适计算环境随时随地透明 服务的需要。因此，需要研究一种更适合普适计算环境的数据处理方式。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种基于移动代理的普适计算数据处理控制方法，减 少网络数据传输和处理量，提高网络的健壮性，延长网络生存周期，提高网络响应速度， 为用户提供有效的透明服务。
技术方案本发明的目的是提供一种普适计算环境为无线传感器网络的情况。在这种 情况下，无线网络数据感知节点在部署后相对位置不再改变，并能获知自己的地理位置， 每个节点都有一个唯一的网内ID，所有节点具有相同的初始能量，每个节点都能感知自己 的剩余能量信息。在网络数据处理过程中，首先将网络按照区域划分为均匀网格，每个网 格为一个簇.簇内节点对假设自己作为簇头完成一次传输数据所消耗的能量进行估算，每 个节点根据估算值和自身能量自主当选簇头；簇头形成后，簇内其他节点根据最短路径算 法建立到簇头的最短路径，形成以簇头为根节点的最短路径树，建立每个簇的簇结构；在 网络数据处理过程中，用户将数据处理请求提交到基站，基站产生数据处理移动代理，之 后向各个簇的簇头派发数据处理移动代理；每个簇的簇头收到数据处理移动代理后，数据 处理移动代理根据自身保存的到簇内其他节点的最短路径进行迁移，直至到达簇内的所有 节点。数据处理移动代理进行网络中的数据采集、传输和处理，从而实现普适计算环境下 的智能数据处理控制方法。
—、体系结构
基于移动代理的数据传输和处理控制方案中，网络体系结构可以分为三部分基站服 务器、网格、簇。
下面给出几个具体部分的说明
基站服务器主要由普适计算环境中的物理设备和提供服务的应用软件组成。 基站服务器负责接收来自用户的数据査询或处理请求，并负责管理数据源，分派和管
理移动代理，接受终端接入。基站服务器主要包括管理系统、数据处理和移动代理平台等部分。
管理系统负责管理数据源以及终端设备、通信网络、网格系统的接入； 数据处理部分负责对接收到的簇头节点的数据进行最终的数据融合和处理； 移动代理平台提供移动代理工作的上下文，负责移动代理的产生、分派和销毁任务，
并将用户的查询或数据处理请求转化为移动代理内部语言；
网格将普适计算环境网络区域划分成均匀的网格单元，以每个网格单元为单位建立
簇。由各个簇头和基站服务器进行交互。
簇首先要建立簇的结构。在每个网格单元内，建立簇头，形成一个簇结构。簇头形
成后，其他节点则为簇内普通节点。簇内所有节点可以进行交互。 二、方法流程
本发明的基于移动代理的数据处理控制方案，基于移动代理技术，采用划分网格和分簇 的方法，能够极大地降低网络数据传输量和数据处理消耗的能量，易于扩展，具有移动性、 智能性和自主性等特征，节省网络能量，为更高效地进行普适计算环境下的数据处理提供 了新的思路。具体的实现流程如下所述
1. )首先将普适计算环境网络划分为均匀单元格，
2. )在各个均匀的网格单元格内，建立簇的结构；
2. 1)各个网格单元格内的节点，首先估算自己作为簇头时完成一次数据的通信能量总
消耗五"再根据自身的剩余能量￡2,设发送信息量为A6"， ^^表示发射和接收电路每 发送和接收单位6//的耗能，单位为焦耳/6zY, a表示发射放大器将每6"传输单位平方米所 耗的能量，单位为J/(Wrw2 ), W为簇头节点的邻居数，d为簇头距离最远的子节点 的距离，则￡2为
￡2 = 2xxA: + 2axA:xj2+^/Vx ￡e,ec x A:;
以￡2/《的值最小作为簇头选取原则，形成簇头，簇头向所在单元格内的其他节点和 基站发送广播消息，消息内容包括簇头的节点号等信息
2.2) 簇头形成后，各个单元格内的其他节点则作为普通节点，普通节点以发送广播消 息的形式通知簇头自己的节点号等信息；
2.3) 簇头收到各个节点的信息后，以簇头为根，建立包括单元格内所有节点的最短路 径树，使得各个节点间的传输距离最短；
3.)基站收到簇头的消息后，对簇头的节点号等信息进行注册；
3. 1)用户向基站发送数据处理请求；
3.2)基站将用户数据处理请求转化为移动代理内部语言，通过移动代理平台向已注册 的数据源的簇头派发数据检索和处理移动代理；
4. )收到数据检索和处理移动代理的簇头，向簇内普通节点派发数据检索和处理移动 代理。数据检索和处理移动代理复制并按照最短路径树结构进行迁移，最终到达本簇内的 所有数据感知设备节点；
4.1) 迁移到簇内节点的数据检索和处理移动代理和本地信息管理体进行交互，检索和 处理数据，并将数据处理结果传送到簇头节点；
4.2) 簇头节点通过数据处理模块进行数据融合，将结果传送到基站，每隔一段时间或 每一轮数据处理结束后，产生新一轮簇头；
5. )基站将数据处理结果返回到用户终端；
6. )之后，数据处理移动代理将驻留于数据感知设备节点内，直至撤销。 有益效果本发明所述的基于移动代理的普适计算环境下的数据处理控制方案中，采
用网格、分簇的机制并利用移动代理进行数据传输和处理，应用移动代理的智能性、自主 性等特性，不仅能够减少网络数据处理量和计算量，极大缓解了普适计算环境网络数据处 理压力，还使得普适计算环境数据处理过程更具智能性。具体来说，本发明所述的方法具 有如下有益效果
(1) 在本发明所述的基于移动代理的普适计算环境下的数据处理控制方案中，利用网 格对无线传感器网络进行划分，在网格单元内采用分簇的方法，使得簇头的分布更加均匀， 网络能量消耗更加均匀，延长了网络生存周期；
(2) 在簇中，建立以簇头为根的最短路径树型节点集结构，在网络数据传输过程中减 少了传输的数据量，缓解了网络数据传输压力；
(3) 利用移动代理进行数据传输。由于移动代理具有智能性、自主性等特性，移动代 理之间以消息形式进行通信，使得设备之间交互更具有灵活性和智能性。
(4) 在数据处理过程中，可以采用不同的移动代理进行处理。由于不同移动代理分工 明确，功能单一，任务明确，方便添加其他功能的移动代理，符合工程化软件开发的思想。
(5) 数据处理应用都是相互独立，互不影响，并且各个数据处理过程可以各自采用不 同的方法策略，进行算法优化等，具有高度的独立自主性。
图1一种基于移动代理的普适计算环境数据处理控制方法流程图 图2是基于移动代理的数据传输和处理控制方案网络结构示意图。图中包括基站服务 器、网格、簇三个部分。
图3是簇的结构图，其中图中数字表示节点间的传输距离。
具体实施例方式
为了方便描述，假定有如下数据处理应用。
构建一个普适计算环境，该环境由无线传感器网络布置，并将区域划分为均匀的网格单元。
利用基于移动代理的数据传输和处理控制方案的数据处理方式如下-步骤l:初始时，无线传感器网络各个节点能量相同《，在每个网格单元内，每个节 点估算它作为簇头节点时完成一次数据传输的通信能量总消耗￡2 ，即每个簇头节点要从基 站接收一次准备传输信息的通知，然后转发给子节点一次(设有C个子节点)，此时以离它 距离最远的子节点接收到信息为准(设最远距离为d);反过程是将所有子节点的信息收齐 进行数据融合后，再转交给基站节点。因此，整个过程簇头发送2次信息，接收C+1次信 息。设发送信息量为A6//，并以最大数量计数子节点，即另C=N—1 (N为簇头节点的邻
居数)，则簇头节点的总通信能量消耗为
其中，&/2￡表示发射和接收电路每发送和接收单位6/纟的耗能，单位为焦耳 (J/6")， of表示发射放大器将每W,传输单位平方米所耗的能量，单位为 J/(6".w2 );
簇头选取原则为(1)考虑五2/《的值；(2)在五2/《相等的情况下，节点号较小者
优先；
产生簇头后，簇头向基站和网格内的其他节点广播当选为簇头的消息，簇内其他节点 发送自己的节点号等信息向簇头，报告加入该簇；
之后，以簇头节点为根节点，建立包括网格单元内其他所有节点的树型节点簇；各个 节点间，通过邻居节点间的互发信息，确定邻居节点编号以及节点间的距离；每个节点保 存邻居节点的编号以及到各个邻居节点的距离等信息，最后通过节点间的距离并根据 Dijskra算法建立最短路径树，该最短路径树以簇头节点为根，并包括网格单元内所有其他 节点，使得各个节点间的传输距离最短；
步骤2:基站收到各个簇头的消息，对各个簇头的节点号等信息进行注册；
步骤3:用户利用移动设备向基站发出数据査询或处理请求，基站接收到该请求后， 派发数据处理移动代理到各个簇头节点；
步骤4:簇头收到数据处理移动代理后，移动代理进行复制，之后按照最短路径树的 结构进行迁移，直至到达网格单元内的所有数据感知节点；
步骤5:到达数据感知节点内的数据处理移动代理会自主运行，同本地信息管理体进 行交互，进行数据采集。不同节点中的移动代理通过相互发送消息进行交互，返回数据处 理结果到簇头节点；
步骤6:簇头节点收到簇内节点发送过来的数据处理结果后，通过数据处理模块进行数 据融合，并将数据融合后的结果传送到基站，每隔一段时间或每一轮数据处理结束后，产 生新一轮簇头；
步骤7:基站收到各个簇头发来的数据处理结果后，再进行数据处理，最后将数据处理 结果返回到用户终端；
步骤8:之后，数据处理移动代理驻留于数据感知设备内， 一旦检索到有满足条件的信 息，将进行数据处理并把处理后的数据传送给本簇内的簇头。簇头进行相应数据处理后， 将结果传送给基站。期间，基站服务器可以根据新的用户请求，更改检索移动代理的检索 条件，直至撤销。
权利要求
1. 一种基于移动代理的普适计算数据处理控制方法，其特征在于该方法所包含的步骤为1. )首先将普适计算环境网络划分为均匀单元格，2. )在各个均匀的网格单元格内，建立簇的结构；2. 1)各个网格单元格内的节点，首先估算自己作为簇头时完成一次数据的通信能量总消耗E1，再根据自身的剩余能量E2，设发送信息量为k bit，Eelec表示发射和接收电路每发送和接收单位bit的耗能，单位为焦耳/bit，a表示发射放大器将每bit传输单位平方米所耗的能量，单位为J/(bit·m2)，N为簇头节点的邻居数，d为簇头距离最远的子节点的距离，则E2为E2＝2×Eelec×k+2a×k×d2+N×Eelec×k；以E2/E1的值最小作为簇头选取原则，形成簇头，簇头向所在单元格内的其他节点和基站发送广播消息，消息内容包括簇头的节点号等信息；2. 2)簇头形成后，各个单元格内的其他节点则作为普通节点，普通节点以发送广播消息的形式通知簇头自己的节点号等信息；2. 3)簇头收到各个节点的信息后，以簇头为根，建立包括单元格内所有节点的最短路径树，使得各个节点间的传输距离最短；3. )基站收到簇头的消息后，对簇头的节点号等信息进行注册；3. 1)用户向基站发送数据处理请求；3. 2)基站将用户数据处理请求转化为移动代理内部语言，通过移动代理平台向已注册的数据源的簇头派发数据检索和处理移动代理；4. )收到数据检索和处理移动代理的簇头，向簇内普通节点派发数据检索和处理移动代理。数据检索和处理移动代理复制并按照最短路径树结构进行迁移，最终到达本簇内的所有数据感知设备节点；4. 1)迁移到簇内节点的数据检索和处理移动代理和本地信息管理体进行交互，检索和处理数据，并将数据处理结果传送到簇头节点；4. 2)簇头节点通过数据处理模块进行数据融合，将结果传送到基站，每隔一段时间或每一轮数据处理结束后，产生新一轮簇头；5. )基站将数据处理结果返回到用户终端；6. )之后，数据处理移动代理将驻留于数据感知设备节点内，直至撤销。
2. )在各个均匀的网格单元格内，建立簇的结构；2. 1)各个网格单元格内的节点，首先估算自己作为簇头时完成一次数据的通信能量总消耗g,再根据自身的剩余能量￡2.设发送信息量为A:6/f, ￡￡&表示发射和接收电路每 发送和接收单位W/的耗能，单位为焦耳/^/, fl表示发射放大器将每6/M专输单位平方米所 耗的能量，单位为J/(6/,，/w2 ), iV为簇头节点的邻居数，d为簇头距离最远的子节点 的距离，则￡2为以E"《的值最小作为簇头选取原则，形成簇头，簇头向所在单元格内的其他节点和 基站发送广播消息，消息内容包括簇头的节点号等信息；2.2) 簇头形成后，各个单元格内的其他节点则作为普通节点，普通节点以发送广播消 息的形式通知簇头自己的节点号等信息；2.3) 簇头收到各个节点的信息后，以簇头为根，建立包括单元格内所有节点的最短路 径树，使得各个节点间的传输距离最短；
3. )基站收到簇头的消息后，对簇头的节点号等信息进行注册；3.1) 用户向基站发送数据处理请求；3.2) 基站将用户数据处理请求转化为移动代理内部语言，通过移动代理平台向已注册 的数据源的簇头派发数据检索和处理移动代理；
4. )收到数据检索和处理移动代理的簇头，向簇内普通节点派发数据检索和处理移动 代理。数据检索和处理移动代理复制并按照最短路径树结构进行迁移，最终到达本簇内的 所有数据感知设备节点；4.1) 迁移到簇内节点的数据检索和处理移动代理和本地信息管理体进行交互，检索和 处理数据，并将数据处理结果传送到簇头节点；4.2) 簇头节点通过数据处理模块进行数据融合，将结果传送到基站，每隔一段时间或 每一轮数据处理结束后，产生新一轮簇头；
5. )基站将数据处理结果返回到用户终端；
6. )之后，数据处理移动代理将驻留于数据感知设备节点内，直至撤销。
全文摘要
基于移动代理的普适计算环境数据处理控制方法，将普适计算环境网络结构分为三个部分基站、网格、簇。在数据处理过程中进行数据采集、数据传输、数据处理活动，每一部分都利用移动代理技术实现，各个部分之间的通信体现为移动代理之间的消息通信。本发明的核心部分是数据传输。将普适计算环境下的网络区域划分为均匀的网格，在各个单元格内建立簇，簇内以簇头节点为根建立最短路径树，形成树型簇结构，通过基站向簇头派发数据处理移动代理，移动代理按照最短路径树进行迁移，最终到达网络内的所有节点，最后由移动代理进行数据采集、传输和处理，平衡了网络能量消耗，降低了网络数据传输能量，减轻了网络数据处理压力，提高了数据处理速度。
文档编号H04L29/08GK101394418SQ200810155220
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月22日 优先权日2008年10月22日
发明者凡高娟, 宁 叶, 姜凤敏, 孙力娟, 李文锋, 超 沙, 王汝传, 王玉斐, 志 陈, 马守明, 黄海平 申请人:南京邮电大学