環(huán)境變化感知的關鍵技術研究.pdf

1、隨著泛在網絡和Internet的飛速發(fā)展，環(huán)境感知技術已經廣泛應用在物聯(lián)網、組合服務自適應系統(tǒng)、移動通訊等各個領域，成為自適應運行系統(tǒng)和各種自動運行系統(tǒng)的重要的支撐技術之一。近年來，國內外許多研究者已經設計了一些典型的環(huán)境感知系統(tǒng)框架，并對相關技術如數(shù)據(jù)來源的確定、數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)預處理、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)境變化感知技術因其直接觸發(fā)并影響到應用系統(tǒng)的決策行為和自適應系統(tǒng)的自

2、適應動作而一直備受關注。
　　目前，環(huán)境變化感知的研究中主要考慮三種類型的變化:應用層中的應用發(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)的運行的質量。具體的，在應用層中，應用的增加與減少會破壞系統(tǒng)原有的平衡，導致相關的支撐子系統(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)的質量，使監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)不準確、不完整或冗余等問題，進而增加環(huán)境變化感知的負擔;被監(jiān)測的環(huán)境

3、的狀態(tài)發(fā)生變化會導致原有的系統(tǒng)不再適合當前的環(huán)境，進而需要系統(tǒng)根據(jù)環(huán)境變化做出相應的決策。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注。為此，本文開展環(huán)境變化感知關鍵技術研究，針對物聯(lián)網中應用層變化引起的數(shù)據(jù)源選擇問題，研究面向物聯(lián)網應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用運行的問題，研究面向多

4、個物聯(lián)網應用的環(huán)境變化事件識別方法;針對組合服務自適應系統(tǒng)的網絡環(huán)境狀態(tài)變化影響服務QoS的問題，研究面向組合服務自適應的環(huán)境變化事件識別方法。具體包括:
　　(1)針對物聯(lián)網環(huán)境下，在已存在的無線傳感器網絡上部署新應用時的數(shù)據(jù)源的選擇問題提出了面向物聯(lián)網應用的傳感器選擇方法。該方法通過分析無線傳感器網絡中傳感器的復用情況和無線傳感器網絡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絡的使用

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絡在滿足物聯(lián)網應用需求的同時，提高了傳感器的使用效率，延長無線傳感器網絡整體的使用時間和維護周期。
　　(2)針對以無線傳感器網絡為數(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絡的自組織特性導致的監(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，利用無線傳感器網絡中傳感器數(shù)據(jù)的時空相關性，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)變化劇烈時估值準確度強于其他數(shù)據(jù)補全方法。
　　(3)針對物聯(lián)網背景下，物理環(huán)境狀態(tài)發(fā)生變化時,面向多應用的物理環(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確識別出環(huán)境變化事件，以滿足上層應用對環(huán)境變化感知的要求。
　　(4)針對網絡環(huán)境變化對組合服務運行QoS影響的計算問題，系統(tǒng)的分析了網絡環(huán)境下容易發(fā)生的環(huán)

8、境變化和環(huán)境變化對應用服務系統(tǒng)的影響。提出通過識別網絡環(huán)境變化來計算受影響服務的QoS變化的思路。在此基礎上給出了面向組合服務動態(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服務運行時的QoS，和組合服務環(huán)境自適應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所在的網絡環(huán)境中的網絡環(huán)境變化并計算出網