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1、D i s W a r e ：一种基于A g e n t 的 无线传感器网络中间件 陈志1王汝传1 ，2 孙力娟1黄海平1 李文锋1 1 ( 南京邮电大学计算机学院，南京，2 1 0 0 0 3 ) 2 ( 南京大学计算机软件新技术国家重点实验室，南京，2 1 0 0 9 3 ) 摘要：为提高无线传感器网络软件开发效率、效益和质量，本文设计和实现一种基于A g e n t 的无线传感器网络中间件D i s W a r e ，其体系结构由工作引擎、A g e n t 组件库、面向A g e n t 的编 程模型、基于A g e n t 的框架接口、面向应用的工作模式等部分组成。在D i s W
2、a r e 中，基于A g e n t 的计算和以A g e n t 为主体的高层交互解决无线传感器网络异构性，面向A g e n t 的编程模型实现 易于使用的应用编程接口，基于A g e n t 的框架接口和自治模块化的A g e n t 组件满足异构无线传 感器网络应用系统构建需求。 关键字：无线传感器网络；A g e n t ；中间件；普适计算 1 引言 在普适计算环境下，无线传感器网络的实施环境通常为自然的人机交互环境，因而具 有显著的自组织、泛在和异构等特点。针对这些特点，现有无线传感器网络应用软件开发 需求、异构接口、不同层次的抽象、在不同软件系统中重复代码片断的存在等使无线传感
3、 器网络中间件的研究和开发成为必要J 。 一 A g i l l a t z j 是一个建立在T i n y O S 【j J 上的无线传感器网络的移动A g e n t 中间件，允许用户 在网络节点中嵌入移动A g e n t ，这些A g e n t 智能地在网络中迁移协同完成特定的任务。 I m p a l a t 4 1 是一种无线传感器网络中间件体系结构和轻量级运行系统。D S W 打e 【) 是集成多个 传感器网络实时数据服务的特定层，为应用提供类似数据库的抽象，支持基于组的决策和 可靠的存储。C u r i n o 等人提出并实现了一种无线传感器网络中间件T i n y L I
4、M E 【o J ，采用多个 移动的监测站访问相近的数据，并通过无线链路共享这些所收集的数据。上述研究有效地 提高了无线传感器网络软件开发效率和运行质量，但无线传感器网络中间件进一步的研究 与实现需要解决的一个基本的问题是在提供高层抽象解决异构性时如何满足应用的需求， 另一个关键的挑战是在解决不同传感器网络应用挑战时如何开发有表现力的编程接口。为 此，我们设计和实现一种基于A g e n t 的无线传感器网络中间件D i s W a r e ，以基于A g e n t 的 计算和以A g e n t 为主体的高层交互解决无线传感器网络异构性，并满足应用的需求；以面 向A g e n t 的编程
5、模型实现有表现力的编程接口，通过基于A g e n t 的框架接口和符合应用需 资助项目：国家自然科学基金( N o 6 0 5 7 3 1 4 1 和N o 7 0 2 7 1 0 5 0 ) 、江苏省自然科学摹金( N o B K 2 0 0 5 1 4 6 ) 、江苏省高技术研究 计划( N o B G 2 0 0 4 0 0 4 和N o B G 2 0 0 5 0 3 8 ) 、国家8 6 3 计划( N o 2 0 0 6 A A 0 1 2 2 0 1 、N o 2 0 0 6 A A 0 1 2 2 1 9 和N o 2 0 0 6 A A 0 1 2 4 3 9 ) 、江 苏
6、省计算机信息处理技术重点实验室基金( N o k j s 0 5 0 0 0 1 ，N o k j s 0 6 0 0 6 ) 资助项目 联系作者：王汝传，E - m a i hw a n g r c j n j u p t e d u c n 4 8 4第浩口分第3 脯伞困普适计算学术会议 求的、I ，J 治模块化的A g e n tN 4 f ：来满足无线传感器网络麻川系统的构建需求。 2 D i s W a r e 体系结构 目前大多无线传感器网络的应用系统般直接构建于网络节点硬件及其嵌入式操作 系统，整个基础软件体系结构般包括节点嵌入J = l = 操作系统和蕴含十具体应用系统的各培
7、本功能软件，这些都是无线f 簟感器最底层的东眄，和应用丌发时面临许多问题，如操作系 统的多样性、复杂多变的网络环境、数据分散处理带来的不一致性和安个问题等，| f I j 尢线 传感器网络的应用系统面临着许多共降问题，进行提炼、抽象后将可以形成町复_ 【= j 的组件， 这止电组件以及特定模型和接u 就构成了D i s W a r e 整个体系结构如图1 所示。 基于D 酞w n r e 的无线传感器两络匝用系统 基于A 2 e n t 的框架接口 十善 二二菇蛰写二 I 作 i l l f ：卜( 鹾砸面臻两璺攀pl t 吣、湎砸殛囤疆?； +零+ l底层系统A g e n t 抽象与集成
8、甬户端硬件s 软件基础设施 异构无线传感器网络操作系统 异构无线传感器两络硬件 图1D i s W a r e 体系结构 仡该体系结构t f l D i s W a r e 具有l 叮扩展的结构，通过底层系统A g e n t 抽象j 集成、基 于A g e n t 的框架接L J ，A g e n t1 q 一以在多片构操作系统和硬件砸t 台荜7 i j ：l _ 灵活地位红t f t ：J 年中 选择L 有的组件开发和运行无线传感器例络膨用系统，并在T 作引擎的判断和分析下，对 环境信息和系统决策进行筛选和判断，而且每个A g e n t 可密剀地与外界环境以及其他A g e n t 进行
9、信息交互，使自己的建模模块和规划模块及时调整，使之更加适应环境的变化。往挂 丁中间件的无线传感器网络系统中，面向A g e n t 的编程模型使A g e n t 之问以及A g e n t 和环 境之间通过交互来决定整个系统的运作，A g e n t 可根据需求件统的框架卜- 选取合适的功 能模块接入到A g e n t 内核卜，构成所需的A g e n t 。符：D i s W a r e 体系结构中，工作引擎足基 于A g e n t 的无线传感器网络中问件的核心，往底层系统A g e n t 抽象j 集成的基础上，通过 基于A g e n t 的框架接口为无线传感器网络应用的门：发、部
10、署、执行稠I 维护提供支持；A g e n t 实现的无线传感器网络中间件组件库由町选择的组件组成，包括各种描述行为的算法2 H f t ：、 功能组件、各类其他可重复利， j 的服务应川模块以及独：】i 应用的j 复拟机组件。 使用A g e n t 构建D i s W a r e 能够提供更高的鲁棒性和可靠性，基_ J ：A g e n t 的抽缘和方法 也将为无线传感器网络提供易J j 的、自表现力的编稚接I A 。D i s W a r e 将f i 是被动对象的组 合，A g e n t 之间以及A g e n t 和环境之间的交互支撑基于D i s W a r e 系统的部署、执行
11、和维护： A g e n t 结构t f 一有许多功能模块接u ，通过这些接U ，A g e n t 就可以灵活地应J 阡j 已有的向阳对 象程序和代码，具有很好的兼容性：A g e n t 内核和功6 H “醪”R I “1 6 H ”c 够分离，捉i 苗了D i s W a r e 配 置的灵活一眺、软什的重用性和易维护性。 普适计算的软件技术4 8 5 3 D i s W a r e 系统设计 3 1D i s W a r e 工作引擎 D i s W a r e 工作引擎控制A g e n t 的编译、发布和执行，主要分为两个部分：无线传感器 网络节点工作引擎和用户端工作引擎，如图2
12、所示。A g e n t 代码编译系统、A g e n t 错误处理 组件、A g e n t 指令管理组件、A g e n t 指令底层实现组件、A g e n t 管理组件等支持D i s W a r e 工 作引擎的运行。D i s W a r e 无线传感器网络节点工作引擎在分析所在节点上的A g e n t 程序指 令代码后，根据面向特定应用的工作模式进行判断，当A g e n t 处于运行状态时，取一条A g e n t 程序指令执行，否则A g e n t 送交A g e n t 错误处理组件处理；在一条A g e n t 程序指令执行完 毕后，再次判断A g e n t 的运行
13、状态，当A g e n t 仍处于运行状态时，A g e n t 程序计数器递增 后，取新的一条A g e n t 程序指令执行，这一过程直至A g e n t 离开工作运行模式，这时A g e n t 通过A g e n t 队列管理组件退出运行队列。与D i s W a r e 无线传感器网络节点工作引擎不同的 是，D i s W a r e 用户端工作引擎首先对面向A g e n t 的编程模型下的A g e n t 程序代码进行解析， 通过A g e n t 代码编译系统对环境信息和系统决策进行筛选和判断，与外界环境以及其他 A g e n t 进行信息交互，及时调整建模模块和规划模块
14、，构建适合于运行目标和环境变化的 A g e n t 程序指令代码；当A g e n t 程序指令代码编译生成后，D i s W a r e 用户端工作引擎根据面 向特定应用的工作模式进行判断，当A g e n t 处于部署状态时，向网络发布A g e n t 程序指令 代码，否则余下的过程与D i s W a r e 无线传感器网络节点工作引擎的工作相同。 A g e n t 的编程模型下 A g e n t 程序代码 A g e n t 代码解析 一A g e n t 是否处于 一 特定应用的工作部署模式叫嚣璺徽 令代码 f A g e n t 是否处于一 定应用的工作运行模 、 是工 取
15、一条A g e n t 程序指令 否 执行A g e n t 当前程序指令 一A g e n t 是否处于一 特定应用的工作运行模式 、r 匕V A g e n t 程序计数器递增 叫他嬲出 D i s W a r e 工作引擎( 无线传感器网络节点) D i s W a r e 工作引擎( 用户端) 图2D i s W a r e 工作引擎 A g e n t 代码编 译系统 A g e n t 错误处 理组件 烈塑 组件J 窄闻 A g e n t 指令底l 、一 层实现组件 A g e n t 4 8 6第三部分第3 届全国普适计算学术会议 3 2D i s W a r eA g e n
16、 t 组件库 D i s W a r eA g e n t 组件库包含多个基本功能组件，它们在具体应用中均定制为系统的特定 功能，不同的应用系统可能由不同组件定制而成。A g e n t 网络通信组件主要是为异构无线 传感器网络系统中D i s W a r e 的A g e n t 消息发送和接收提供通用的调用接口和应用层消息封 装格式。A g e n t 管理组件实现A g e n t 的生命周期服务、事件服务、目录服务等。A g e n t 代码 编译系统由组件实现，实现面向特定应用的判断和分析功能，能够对环境信息和系统决策 进行筛选和判断，与外界环境和其他A g e n t 进行信息交互，调整A g e n t 建模模块和规划模 块，将在面向A g e n t 的编程模型下的A g e n t 代码编译转换为基于A g e n t 的框架接口程序指 令。A g e n t 错误处理组件提供D i s W a r e 系统
