[發(fā)明專利]基于模型驅(qū)動和進化算法的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)模型轉(zhuǎn)換方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210006166.5
• 申請日: 2012-01-10
• 公開（公告）號: CN102547776A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳志;梁小芮;岳文靜
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W84/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)應(yīng)用過程中使用模型驅(qū)動和生物進化算法結(jié)合的思想，模型化整個網(wǎng)絡(luò)的功能性和非功能性領(lǐng)域，同時通過進化算法優(yōu)化所創(chuàng)建模型的非功能領(lǐng)域，此技術(shù)屬于計算機網(wǎng)絡(luò)、人工智能和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的交叉領(lǐng)域。

背景技術(shù)

模型驅(qū)動工程體系是元對象管理組織(OMG)為解決系統(tǒng)對軟件發(fā)展過程的依賴性而提出的一種機制，使系統(tǒng)設(shè)計者對整個系統(tǒng)的工作過程，在不同抽象層次上進行模型化，并且通過自動模型轉(zhuǎn)換機制，逐步細化成為具體的業(yè)務(wù)模型，再將具體的業(yè)務(wù)模型通過代碼轉(zhuǎn)換機制，最終生成系統(tǒng)需要的代碼。這使得開發(fā)人員專注于設(shè)計業(yè)務(wù)層次而無需考慮底層細節(jié)，縮短了開發(fā)人員的時間，降低了軟件開發(fā)的成本，從而大大提高了傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件的開發(fā)效率。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正經(jīng)歷著一個從傳統(tǒng)傳感器→智能傳感器→嵌入式Web傳感器的內(nèi)涵不斷豐富的發(fā)展過程，同時作為一種無處不在的感知技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景，隨著應(yīng)用前景的不斷擴充，以及各個應(yīng)用領(lǐng)域功能的不斷更新，系統(tǒng)的實現(xiàn)復雜度也不斷增長，再者由于傳感器節(jié)點的資源限制，以及一個不可預知的部署環(huán)境，使得在創(chuàng)建傳感網(wǎng)應(yīng)用時，必須克服一些困難的非功能性約束集。

早期對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用過程采用傳統(tǒng)的方法，在基Tinyos的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，信息執(zhí)行和無線通信過程使用面向組件的nesc編程來實現(xiàn)。這使得系統(tǒng)高度依賴于Tinyos的nesc平臺，缺少了一定的靈活性和可移植性，并且實現(xiàn)的復雜度也比較大。

本發(fā)明提出在傳感網(wǎng)開發(fā)過程中使用模型驅(qū)動開發(fā)的方法，創(chuàng)建一個通用的元模型來模型化整個網(wǎng)絡(luò)的功能性和非功能性領(lǐng)域，提高了軟件系統(tǒng)的健壯性、可擴展性、以及可維護性、縮短了項目開發(fā)時間，節(jié)約項目的開發(fā)成本和降低項目開發(fā)風險；模型驅(qū)動方法幫助開發(fā)人員捕獲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)概述，但它并沒有解決傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些非功能性約束問題(例如任務(wù)的優(yōu)先調(diào)度、能耗、內(nèi)存的使用情況等)，針對這些問題，本發(fā)明提出了一種將模型驅(qū)動和生物進化算法結(jié)合起來的思想，針對不同網(wǎng)絡(luò)的非功能約束集，在評估不同的約束條件和性能價值之間做出完美的權(quán)衡。

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)使用較多的是Tinyos系統(tǒng)和nesc語言，nesc語言是對C語言的進一步擴充，本發(fā)明首先使用統(tǒng)一建模語言在高層次上抽象出網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域模型，領(lǐng)域模型再通過模型轉(zhuǎn)換機制，生成最終可應(yīng)用的nesc元模型，使用統(tǒng)一建模語言描述的領(lǐng)域模型，具有一定的獨立性和通用性，但是使用映射機制，將高度抽象的領(lǐng)域模型直接轉(zhuǎn)換為nesc元模型，映射過程過于復雜，有兩種方式可以避免這一過程的復雜性，第一：將高度抽象的領(lǐng)域模型細節(jié)化，避免由于高度抽象造成映射的復雜度；第二：在這兩層元模型之間定義一些中間模型，先將抽象的領(lǐng)域模型映射成為簡單的中間模型，再將簡單的中間模型轉(zhuǎn)換為nesc元模型。將領(lǐng)域模型細節(jié)化，會減少領(lǐng)域模型的通用性，故方式一不可選，方式二中通過一些中間層的轉(zhuǎn)換，可以達到預期的目標，故在這里選取方式二；對此引入模型驅(qū)動體系，模型驅(qū)動體系將模型區(qū)分為平臺無關(guān)模型和平臺相關(guān)模型，它的核心思想是抽象出與實現(xiàn)技術(shù)無關(guān)、完整描述業(yè)務(wù)功能的平臺無關(guān)模型，按照一定的轉(zhuǎn)換方法，將平臺無關(guān)模型轉(zhuǎn)換成與具體實現(xiàn)技術(shù)相關(guān)的平臺相關(guān)模型，最后，再將經(jīng)過充實完善的平臺相關(guān)模型轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的元模型，將元模型通過代碼轉(zhuǎn)換機制生成所需的代碼，代碼自動生成功能使其建立起了上層業(yè)務(wù)模型與下層具體代碼細節(jié)的橋梁，從而大大的減少了軟件開發(fā)人員的工作量。

將模型驅(qū)動工程體系和生物進化算法相結(jié)合，對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)建立模型的同時，對模型進行優(yōu)化，使得不僅對網(wǎng)絡(luò)的功能性和非功能領(lǐng)域模型化，而且對所建立的模型的部分非功能約束集進行優(yōu)化，保證所建立的模型可以形象、具體的描述整個網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)，同時優(yōu)化和約束網(wǎng)絡(luò)的性能，在這里提出生物進化算法，進化算法的主要思想是模擬生物界自然進化和遺傳過程，本發(fā)明中的模型轉(zhuǎn)換過程就是一個生物的進化和遺傳過程，將進化后的模型運用算法進行優(yōu)化即可得到性能完善的模型，優(yōu)化過程就是通過編碼技術(shù)將問題的解進行編碼，再利用選擇、雜交、變異三種基本操作優(yōu)化由這些串組成群體的進化過程。本專利構(gòu)造了一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)分配模型，來延長網(wǎng)絡(luò)的生命周期。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是使用模型驅(qū)動體系和生物進化算法結(jié)合的思想對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行建模和優(yōu)化，同時通過模型轉(zhuǎn)換方法和代碼生成機制生成可執(zhí)行的代碼，使得開發(fā)人員專注于設(shè)計業(yè)務(wù)層次而無需考慮底層細節(jié)，解決了當前技術(shù)對系統(tǒng)平臺的依賴性和不可移植性。