維護Agent狀態(tài)的定位和檢測

王春梅，范通讓

（石家莊鐵道大學 信息科學與技術(shù)學院，河北 石家莊 050043）

0 引言

人類進入21世紀以來，互聯(lián)網(wǎng)為人們提供了紛繁復雜的信息，如何快速甄別有效信息已備受人類關(guān)注。多Agent技術(shù)［1］的出現(xiàn)為信息的甄別提供了有效的方法。

多Agent技術(shù)是一種處于一定環(huán)境下包裝的計算機系統(tǒng)，為實現(xiàn)設(shè)計目的，能在該環(huán)境下靈活自主的活動，從而完成復雜的工作任務(wù)［2］。矩陣元素或者矩陣運算［3］提取出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及其位置關(guān)系之間的信息，從而可以很好的表達網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系或者網(wǎng)絡(luò)形狀［4］。本文將多Agent技術(shù)應用到網(wǎng)絡(luò)中對維護Agent所處狀態(tài)的定位和檢測中，利用矩陣元素表示網(wǎng)格信息的方法，根據(jù)矩陣元素的變化，從而判斷通過探測區(qū)域后的網(wǎng)絡(luò)中Agent所處的狀態(tài)，最后通過Repast仿真軟件將目標Agent分為初步定位、中間過程、最終定位三個階段進行仿真驗證。仿真結(jié)果表明，經(jīng)過探測區(qū)域之后，可以將所處無效狀態(tài)或有效狀態(tài)的維護Agent分類，提高了網(wǎng)絡(luò)辨別維護Agent所處狀態(tài)的準確性，同時也證實了矩陣元素表示網(wǎng)格信息的有效性。

1 網(wǎng)絡(luò)中的Agent

1.1 Agent的種類

根據(jù)Agent作用的不同被劃分為不同種類［5］。在本文中Agent被分為五類，分別是監(jiān)聽Agent、審計Agent、防御Agent、交互Agent和危險Agent，其中，監(jiān)聽Agent、審計Agent、防御Agent、交互Agent又被稱為維護Agent。

1.2 探測區(qū)域的識別作用

由于網(wǎng)絡(luò)之間的通信任務(wù)是通過維護Agent之間的相互協(xié)作完成的，所以需要識別出處于有效狀態(tài)的維護Agent，通過有效狀態(tài)的維護Agent之間的信息交互，完成通信任務(wù)，這樣就需要探測區(qū)域?qū)S護Agent所處狀態(tài)進行識別。

探測區(qū)域?qū)S護Agent的識別作用表現(xiàn)為其狀態(tài)的改變，在網(wǎng)絡(luò)中隨機移動的維護Agent，只有經(jīng)過探測區(qū)域后才能被辨別出其所處的狀態(tài)。

1.3 維護Agent的狀態(tài)分類

在本文中，還未經(jīng)過探測區(qū)域進行定位和檢測的維護Agent所處的狀態(tài)稱為未知狀態(tài)；進入到探測區(qū)域后，經(jīng)過定位和檢測可以在網(wǎng)絡(luò)間進行信息交互的維護Agent所處的狀態(tài)稱為有效狀態(tài)；經(jīng)過定位和檢測后不能進行網(wǎng)絡(luò)間信息交互的維護Agent所處的狀態(tài)稱為無效狀態(tài)。

1.4 矩陣元素表示法

為了能夠準確的表達網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和關(guān)系，采用矩陣元素表示網(wǎng)絡(luò)信息的方法。矩陣元素或者矩陣運算能夠提取出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點及其位置關(guān)系之間的信息，從而可以準確的表達網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系或者網(wǎng)絡(luò)拓撲形狀，本文中的后續(xù)內(nèi)容進一步證實了此結(jié)論的有效性。

2 無效狀態(tài)

2.1 無效狀態(tài)的分類

本文中探測區(qū)域?qū)S護Agent的定位和檢測功能主要體現(xiàn)在對其所處位置和狀態(tài)的判斷，其中處于無效狀態(tài)的維護Agent被分為以下幾類：

（1）網(wǎng)絡(luò)中處于游離探測的監(jiān)聽Agent，其作用是探測網(wǎng)路中是否有危險Agent的入侵，不進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，屬于無效狀態(tài)；

（2）網(wǎng)絡(luò)中的審計Agent，可以根據(jù)自身的遺傳變異機制定出抵抗危險Agent的免疫策略，所以也不進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，屬于無效狀態(tài)；

（3）已經(jīng)進行了網(wǎng)絡(luò)間信息交互的維護Agent，如果仍不能有效的抵抗危險Agent的攻擊，則不在進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，屬于無效狀態(tài)。

2.2 無效狀態(tài)的定位和檢測

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的劃分

將需要定位的整個網(wǎng)絡(luò)劃分成n＊m個區(qū)域，同時構(gòu)建矩陣L，每個小區(qū)域代表了矩陣中的一個元素，矩陣元素初始值都為0。

將矩陣初始化得：

因為網(wǎng)絡(luò)中的維護Agent是在進行移動的，所以進入到探測區(qū)域內(nèi)的Agent也是在變化的，矩陣中的元素值也會發(fā)生相應的變化。

2.2.2 無效狀態(tài)的定位和檢測

矩陣中的各個元素代表的都是維護Agent可能移動到的位置，其中元素值0代表此處區(qū)域沒有維護Agent，1代表此處區(qū)域由處于有效狀態(tài)的維護Agent所占，－1代表此處區(qū)域由處于無效狀態(tài)的維護Agent所占。

因為探測區(qū)域?qū)S護Agent的識別作用表現(xiàn)為其狀態(tài)的改變，所以當維護Agent移動到探測區(qū)域內(nèi)，所處狀態(tài)就會被識別，同樣的，對應的矩陣元素值就會發(fā)生相應的變化，維護Agent的移動規(guī)則如下：

（1）已處在探測區(qū)域范圍內(nèi)的維護Agent，如果不能夠進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，那么維護Agent所對應矩陣元素值變?yōu)椋?，且開始向外移動，目的是離開探測區(qū)域所包含的范圍。在移動到其它區(qū)域時，其他區(qū)域的值由0變?yōu)椋?，原來所占區(qū)域值恢復為0。

（2）已處在探測區(qū)域范圍內(nèi)的維護Agent，如果能夠進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，那么維護Agent所對應矩陣元素值由0變?yōu)?，這類維護Agent同樣也會移出探測區(qū)域。在移動到其它區(qū)域時，移出區(qū)域的數(shù)值由1變?yōu)?，維護Agent所占的區(qū)域位置由0變?yōu)?。

（3）沒有處在探測區(qū)域內(nèi)的維護Agent，開始向探測區(qū)域范圍內(nèi)的空白區(qū)域進行移動，即移向矩陣元素值為0的區(qū)域。如果該維護Agent能進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，區(qū)域所在的元素值由0變?yōu)?，證明剛剛移動進來的Agent也需要進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

（4）如果沒有處在探測區(qū)域的Agent移向探測范圍內(nèi)后，并且不能進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，那么Agent所處的區(qū)域元素值也變?yōu)椋?，并且開始移出探測范圍內(nèi)。

根據(jù)移動規(guī)則，更新矩陣元素得：

所以，只有矩陣元素所在區(qū)域元素值是1的維護Agent處于有效狀態(tài)，可以進行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互完成通信任務(wù)，而其他的維護Agent處于無效狀態(tài)。

3 仿真驗證與分析

3.1 矩陣元素在仿真中的表現(xiàn)

根據(jù)上節(jié)中提到的矩陣元素，對網(wǎng)絡(luò)中的維護Agent進行仿真分析，其中，矩陣元素0表示該區(qū)域沒有維護Agent，在仿真中為空白區(qū)域；●表示初始狀態(tài)的維護Agent；矩陣元素1表示能夠在網(wǎng)絡(luò)間進行信息交互的維護Agent，用▲表示，即處于有效狀態(tài)的維護Agent；矩陣元素－1表示在網(wǎng)絡(luò)間不能進行信息交互的維護Agent，用＋代表，即處于無效狀態(tài)的維護Agent；探測區(qū)域在仿真中用虛線框表示。

3.2 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的仿真

運用Repast仿真平臺對網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進行仿真，設(shè)置一個10×10的網(wǎng)格構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的虛擬空間，在這個虛擬空間中，隨機分布著各種維護Agent，并且維護Agent在網(wǎng)格中是可以自由移動的。如果某網(wǎng)格已存在Agent，則其他Agent就不能在移進。在無線傳感器還沒有開始工作時，維護Agent在10×10網(wǎng)格中的隨機分布如圖1所示。

圖1 初始的維護Agent

3.3 初步定位

當探測區(qū)域開始進行工作時，已處在探測區(qū)域內(nèi)的維護Agent必然存在兩種狀態(tài)，一種是能夠在網(wǎng)絡(luò)間進行信息交互的維護Agent，用▲表示，這類Agent所處狀態(tài)為有效狀態(tài)；另一種是不能在網(wǎng)絡(luò)間進行信息交互的維護Agent，用＋表示，這類Agent所處的狀態(tài)是無效狀態(tài)。初步定位的仿真如圖2所示。

在圖2中的探測區(qū)域內(nèi)，有效狀態(tài)和無效狀態(tài)的維護Agent各有一個，其余的維護Agent網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進行自由移動。

3.4 中間過程

探測區(qū)域會對每一個移動到探測區(qū)域內(nèi)的維護Agent的狀態(tài)進行定位。由于維護Agent的隨機移動，所以沒有進入到探測區(qū)域內(nèi)的維護Agent同樣有可能會移動到探測區(qū)域內(nèi)，而已經(jīng)經(jīng)過探測區(qū)域檢測的維護Agent會保持其現(xiàn)有的狀態(tài)移動到探測區(qū)域外，對維護Agent的移動進行仿真，如圖3所示。

圖2 對維護Agent的初步定位

圖3 中間過程的維護Agent

在圖3中，有一個處于無效狀態(tài)的維護Agent移出了探測區(qū)域，探測區(qū)域內(nèi)的維護Agent分別顯示為有效狀態(tài)和無效狀態(tài)，其余的維護Agent在網(wǎng)格環(huán)境中處于自由移動的狀態(tài)。

3.5 維護Agent的最終定位

當所有的維護Agent都經(jīng)過探測區(qū)域之后，整個網(wǎng)格環(huán)境中的Agent分為兩種，一種是可以在網(wǎng)絡(luò)間進行信息交互的維護Agent（圖中▲），另一種是不能在網(wǎng)絡(luò)間進行信息交互的維護Agent（圖中＋）。網(wǎng)絡(luò)中所有維護Agent經(jīng)過探測區(qū)域檢測完畢之后的狀態(tài)如圖4所示。

在圖4中，網(wǎng)格中所處的維護Agent的狀態(tài)被分為有效狀態(tài)和無效狀態(tài)兩種，這兩種狀態(tài)的維護Agent在網(wǎng)格中自由移動。

圖4 網(wǎng)格內(nèi)所有的維護Agent

4 定位檢測技術(shù)的典型應用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境中監(jiān)測區(qū)域內(nèi)監(jiān)測對象的信息。在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)，通過已知節(jié)點的信息，采用一定算法獲取未知節(jié)點與已知節(jié)點之間的距離、角度、相關(guān)性等信息，得出未知節(jié)點的信息。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點都可以被稱為一個Agent［6］，所以本文中的維護Agent所處狀態(tài)的定位和檢測可以被廣泛應用到涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個領(lǐng)域。

在軍事領(lǐng)域，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域的識別作用［7］可以進行戰(zhàn)場信息監(jiān)測、容錯性評估、兵力裝備信息偵查、核攻擊檢測等功能。

在醫(yī)療領(lǐng)域［8］，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域的識別作用可以對病者行為進行追蹤、對病人的病情變化進行監(jiān)測、以及在醫(yī)院的藥物管理方面也有很大的應用。

在交通領(lǐng)域［9］，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測區(qū)域的識別作用可以實現(xiàn)隨時檢測車輛、緩解道路擁堵、路況探測等多方面的應用。

5 結(jié)束語

本文將多Agent技術(shù)的定位和檢測的方法對網(wǎng)絡(luò)中各維護Agent所處的狀態(tài)進行識別。利用矩陣元素表示網(wǎng)格信息的方法，根據(jù)矩陣元素的變化，從而判斷通過探測區(qū)域后網(wǎng)絡(luò)中Agent所處的狀態(tài)，最后通過Repast仿真軟件將維護Agent分為初步定位、中間過程、最終定位三個階段進行仿真驗證。仿真結(jié)果表明，利用多Agent技術(shù)，可以將經(jīng)過探測區(qū)域之后所處無效狀或有效狀態(tài)的維護Agent分類，提高了網(wǎng)絡(luò)辨別維護Agent所處狀態(tài)的準確性，同時也證實了矩陣元素表示網(wǎng)格信息的有效性。

鑒于將所處不同狀態(tài)的維護Agent分類的目的是進行網(wǎng)絡(luò)間信息的交互，下一步的工作將通過介紹不同網(wǎng)絡(luò)中處于有效狀態(tài)的維護Agent進行信息交互來提高網(wǎng)絡(luò)間抵抗危險入侵的能力，從而預防可能出現(xiàn)的安全問題。

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