摘 要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點能源有限性，能量管理成為傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。在滿足網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量要求的前提下，網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)用多智能體系統(tǒng)使得通過Agent之間的協(xié)商決策延長了整個網(wǎng)絡(luò)生命周期。基于多Agent的網(wǎng)絡(luò)能量管理技術(shù)成為解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量管理問題的有力工具。

關(guān)鍵詞：Agent;傳感器網(wǎng)絡(luò);能量管理

1 概述

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由相當(dāng)多的，具有有限的能量和無線通信與計算能力的細(xì)小傳感器節(jié)點所組成，而且能夠廣泛應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、生態(tài)環(huán)境觀測和工業(yè)安全監(jiān)測等領(lǐng)域。由于傳感器網(wǎng)絡(luò)的超大規(guī)模、所占資源的有限性，在服務(wù)質(zhì)量保證和網(wǎng)絡(luò)管理上具有大量挑戰(zhàn)性的研究課題，也因此產(chǎn)生許多研究課題，而能量管理則是其應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。

2 多Agent系統(tǒng)

Agent是能夠感知環(huán)境并作用于環(huán)境，具有高度自治型的智能體。Agent對其未來狀態(tài)的預(yù)期，使系統(tǒng)規(guī)劃和行為的結(jié)果是進(jìn)一步規(guī)劃行為的依據(jù)。意圖是Agent在其信念和愿望的基礎(chǔ)上決定的自身在未來時間內(nèi)行為的計劃。

智能體以計劃的形式實現(xiàn)各自的目標(biāo)。它分為兩類：傳統(tǒng)的集中式多智能體計劃調(diào)度與現(xiàn)在流行的分布式計劃調(diào)度。在集中式多智能體計劃調(diào)度中，需要建立一個智能體，其主要作用是協(xié)調(diào)作用，使整個計劃通過協(xié)調(diào)成為無沖突。主要的過程是接受其它智能體的局部計劃，并對此進(jìn)行系統(tǒng)分析與研究，從而找出其中的沖突并解決其中的沖突，最終達(dá)到整體計劃的無沖突。在分布式多智能體計劃調(diào)度中存在兩個基本形式：以分布的形式建立集中式的計劃，是以局部計劃的調(diào)整集中解決沖突;而以分布的形式建立分布式的計劃，是以局部計劃的調(diào)整來解決子計劃的沖突。

3 傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理分析

既然能量是具有有限性的，并且在大部分應(yīng)用中電池往往不可更新，那能量管理就是傳感器網(wǎng)絡(luò)成功應(yīng)用的關(guān)鍵因素，這其中的內(nèi)容涉及各個方面：比如通信頻率f、發(fā)射功率p、工作狀態(tài)m、采樣頻率s等方面來討論能量管理的復(fù)雜性。首先是通信頻率：在傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的作用是接收消息和發(fā)送消息以及消息的路由。節(jié)點中采樣的數(shù)據(jù)量很大，而且會有大量的冗余，解決數(shù)據(jù)采樣冗余的方法就是數(shù)據(jù)融合技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)思考以減小返回給基站的數(shù)據(jù)量，從而減小數(shù)據(jù)冗余，但同時也會減小返回給基站的數(shù)據(jù)精度。其次是發(fā)射功率：發(fā)射功率高低會直接影響節(jié)點的通信半徑，在保證網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連通的基礎(chǔ)上，可使得傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量消耗最小，從而進(jìn)一步延長網(wǎng)絡(luò)生命周期。當(dāng)然如果調(diào)整發(fā)射功率導(dǎo)致節(jié)點通信半徑過小將會導(dǎo)致出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)不連通或者網(wǎng)絡(luò)連通度下降的現(xiàn)象。然后是工作狀態(tài)：節(jié)點的工作狀態(tài)有活躍狀態(tài)和睡眠狀態(tài)，并不是所有的節(jié)點都需要工作在狀態(tài)中，節(jié)點可以在活躍狀態(tài)和睡眠狀態(tài)之間切換，這樣可以節(jié)省能量消耗。在保證網(wǎng)絡(luò)的連通性和通信不延遲的前提下，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以僅有一部份節(jié)點在活躍狀態(tài)下正常工作，而其他節(jié)點則進(jìn)入低功耗的睡眠狀態(tài)，從而降低能量消耗。這樣也可以延長整個網(wǎng)絡(luò)的生存時間。最后是采樣頻率：在保證采樣事件檢測率和數(shù)據(jù)精確性的基礎(chǔ)上，節(jié)點通過降低感知采樣頻率可以節(jié)省能量消耗，從而達(dá)到能量管理的目的。

4 基于多Agent的網(wǎng)絡(luò)能量管理

由于能量的有限性，導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理的復(fù)雜性和多目標(biāo)優(yōu)化的要求，需要在保證網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量的前提下，通過多Agent的協(xié)作來確定能量管理決策。根節(jié)點是基站。其中A節(jié)點與B節(jié)點在同一層，C節(jié)點作為其子節(jié)點。假設(shè)B節(jié)點所負(fù)責(zé)的感知區(qū)域沒有其它節(jié)點覆蓋在這個能量管理問題中，那么C節(jié)點為根的子樹路由路徑在選擇通過B節(jié)點將接收的數(shù)據(jù)路由數(shù)據(jù)包回基站，將會導(dǎo)致B節(jié)點能量快速消耗，從而使網(wǎng)絡(luò)感知覆蓋區(qū)域不完整。而A節(jié)點作為C節(jié)點的鄰居節(jié)點此時如果具有一些多余的能量，那么C節(jié)點就可以選擇A節(jié)點作為父節(jié)點，這樣就減少了B節(jié)點的能量消耗，從而就可以延長B節(jié)點生命進(jìn)而保證網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。這也證明了多agent之間的協(xié)商策略可使得傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理在網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量之間做出最優(yōu)化的權(quán)衡決策。

在基于多Agent協(xié)同工作的能量管理方案中，每個傳感器節(jié)點都由一個自治Agent所控制，移動agent引入傳感器網(wǎng)絡(luò) ，會按照一定路徑去訪問整個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，其主要的功能就是收集數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)后使用數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)融合后，將融合后的數(shù)據(jù)攜帶處理結(jié)果訪問其他節(jié)點，從而消除冗余數(shù)據(jù)，并最終攜帶收集的數(shù)據(jù)返回基站節(jié)點。 SAA，SAB，SAC表示位于節(jié)點A，B，C上的Agent，B節(jié)點所覆蓋區(qū)域中如果存在沒有其它節(jié)點所覆蓋的區(qū)域，那么C節(jié)點中的SAC對移動Agent的下一站選擇就需要與SAA、SAB，進(jìn)行協(xié)商，如果SAA表示有多于SAB的能量并且愿意作為SAC路由路徑上的節(jié)點，則SAA就可以重新選擇A節(jié)點作為父節(jié)點，使A節(jié)點作為路由下一站，從而可以達(dá)到傳感器網(wǎng)絡(luò)路由性能與覆蓋質(zhì)量之間的權(quán)衡。

5 結(jié)束語

本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量管理的復(fù)雜性應(yīng)用多智能體理論的智能能量管理來解決降低能量消耗的問題。在滿足網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量要求的前提下，網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)用多智能體系統(tǒng)通過Agent之間的協(xié)商決策延長了整個網(wǎng)絡(luò)生命周期。

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作者簡介：

許楊文（1969.08-），浙江東陽人，碩士，研究方向：計算機(jī)人工智能。