環(huán)境變化感知的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著泛在網(wǎng)絡(luò)和Internet的飛速發(fā)展，環(huán)境感知技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)、組合服務(wù)自適應(yīng)系統(tǒng)、移動通訊等各個領(lǐng)域，成為自適應(yīng)運行系統(tǒng)和各種自動運行系統(tǒng)的重要的支撐技術(shù)之一。近年來，國內(nèi)外許多研究者已經(jīng)設(shè)計了一些典型的環(huán)境感知系統(tǒng)框架，并對相關(guān)技術(shù)如數(shù)據(jù)來源的確定、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)預(yù)處理、環(huán)境感知信息推理等進行了深入的研究，并取得了大量成果。其中，以感知環(huán)境變化為特征的環(huán)境變化感知技術(shù)因其直接觸發(fā)并影響到應(yīng)用系統(tǒng)的決策行為和自適應(yīng)系統(tǒng)的自

2、適應(yīng)動作而一直備受關(guān)注。
　　目前，環(huán)境變化感知的研究中主要考慮三種類型的變化:應(yīng)用層中的應(yīng)用發(fā)生變化，環(huán)境監(jiān)測層的監(jiān)測工具發(fā)生變化，以及環(huán)境層被監(jiān)測的環(huán)境的狀態(tài)發(fā)生變化。這三類變化均會影響系統(tǒng)的運行的質(zhì)量。具體的，在應(yīng)用層中，應(yīng)用的增加與減少會破壞系統(tǒng)原有的平衡，導(dǎo)致相關(guān)的支撐子系統(tǒng)性能下降等問題;環(huán)境監(jiān)測層的監(jiān)測工具發(fā)生變化會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量，使監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)不準(zhǔn)確、不完整或冗余等問題，進而增加環(huán)境變化感知的負擔(dān);被監(jiān)測的環(huán)境

3、的狀態(tài)發(fā)生變化會導(dǎo)致原有的系統(tǒng)不再適合當(dāng)前的環(huán)境，進而需要系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境變化做出相應(yīng)的決策。然而，現(xiàn)有研究主要集中于對環(huán)境狀態(tài)的感知，缺乏對環(huán)境變化感知研究的關(guān)注。為此，本文開展環(huán)境變化感知關(guān)鍵技術(shù)研究，針對物聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用層變化引起的數(shù)據(jù)源選擇問題，研究面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的傳感器選擇方法;針對環(huán)境監(jiān)測層的無線傳感器變化導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺失的問題，研究基于協(xié)作過濾的數(shù)據(jù)補全方法;針對環(huán)境層中物理環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化會同時影響多個上層應(yīng)用運行的問題，研究面向多

4、個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的環(huán)境變化事件識別方法;針對組合服務(wù)自適應(yīng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境狀態(tài)變化影響服務(wù)QoS的問題，研究面向組合服務(wù)自適應(yīng)的環(huán)境變化事件識別方法。具體包括:
　　(1)針對物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下，在已存在的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上部署新應(yīng)用時的數(shù)據(jù)源的選擇問題提出了面向物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的傳感器選擇方法。該方法通過分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器的復(fù)用情況和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各個傳感器的狀態(tài)，利用面向覆蓋的優(yōu)化選取算法選取一個能夠最大化的延長整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用

5、時間的傳感器節(jié)點子集，并為這個子集中易出問題的傳感器節(jié)點配置冗余傳感器，進而解決了部署新應(yīng)用時的數(shù)據(jù)源的選擇問題。實驗表明該方法選出的傳感器子集在使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求的同時，提高了傳感器的使用效率，延長無線傳感器網(wǎng)絡(luò)整體的使用時間和維護周期。
　　(2)針對以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)為數(shù)據(jù)源的環(huán)境變化感知系統(tǒng)中，由于無線傳感器的不可靠性和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組織特性導(dǎo)致的監(jiān)測數(shù)據(jù)缺失后的缺失數(shù)據(jù)補全問題，提出了基于協(xié)作過濾的傳

6、感器數(shù)據(jù)補全方法。該方法通過對缺失數(shù)據(jù)的傳感器進行分類，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器數(shù)據(jù)的時空相關(guān)性，分別使用不同的相似評價方法選取相似傳感器，來尋找相似的傳感器數(shù)據(jù)用以補全缺失數(shù)據(jù)，以保證估計值的準(zhǔn)確性，從而提高環(huán)境變化感知系統(tǒng)感知環(huán)境變化信息的準(zhǔn)確性和可靠性。實驗表明，該方法在傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)變化劇烈時估值準(zhǔn)確度強于其他數(shù)據(jù)補全方法。
　　(3)針對物聯(lián)網(wǎng)背景下，物理環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化時,面向多應(yīng)用的物理環(huán)境變化感知問題，提出了面

7、向給定環(huán)境變化事件的環(huán)境變化事件的識別方法。該方法將給定的環(huán)境變化事件分類，針對不同類型的環(huán)境變化事件采用與之相適應(yīng)的環(huán)境變化事件的識別方法，并給出識別的環(huán)境變化事件以及事件發(fā)生的概率。實驗表明，該方法在識別多種類型的環(huán)境變化時，相對與其他變化事件識別方法能夠用更短的識別時間準(zhǔn)確識別出環(huán)境變化事件，以滿足上層應(yīng)用對環(huán)境變化感知的要求。
　　(4)針對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化對組合服務(wù)運行QoS影響的計算問題，系統(tǒng)的分析了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下容易發(fā)生的環(huán)

8、境變化和環(huán)境變化對應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)的影響。提出通過識別網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化來計算受影響服務(wù)的QoS變化的思路。在此基礎(chǔ)上給出了面向組合服務(wù)動態(tài)QoS計算的環(huán)境變化識別方法，實現(xiàn)了從環(huán)境監(jiān)測到輸出變化事件的環(huán)境感知功能，給出了環(huán)境監(jiān)測及環(huán)境變化識別策略，環(huán)境變化識別算法以及變化識別閾值的計算方法，從而為提高Web服務(wù)運行時的QoS，和組合服務(wù)環(huán)境自適應(yīng)能力提供有力的支撐。實驗表明，該方法能夠有效的識別出組合服務(wù)所在的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境變化并計算出網(wǎng)