王春梅，范通讓

（石家莊鐵道大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，河北 石家莊 050043）

0 引言

人類進(jìn)入21世紀(jì)以來，互聯(lián)網(wǎng)為人們提供了紛繁復(fù)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(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目的，能在該環(huán)境下靈活自主的活動(dòng)，從而完成復(fù)雜的工作任務(wù)［2］。矩陣元素或者矩陣運(yùn)算［3］提取出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及其位置關(guān)系之間的信息，從而可以很好的表達(dá)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(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中對(duì)維護(hù)Agent所處狀態(tài)的定位和檢測(cè)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(cè)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(biāo)Agent分為初步定位、中間過程、最終定位三個(gè)階段進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，經(jīng)過探測(cè)區(qū)域之后，可以將所處無效狀態(tài)或有效狀態(tài)的維護(hù)Agent分類，提高了網(wǎng)絡(luò)辨別維護(hù)Agent所處狀態(tài)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也證實(shí)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(jì)Agent、防御Agent、交互Agent和危險(xiǎn)Agent，其中，監(jiān)聽Agent、審計(jì)Agent、防御Agent、交互Agent又被稱為維護(hù)Agent。

1.2 探測(cè)區(qū)域的識(shí)別作用

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

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

1.3 維護(hù)Agent的狀態(tài)分類

在本文中，還未經(jīng)過探測(cè)區(qū)域進(jìn)行定位和檢測(cè)的維護(hù)Agent所處的狀態(tài)稱為未知狀態(tài)；進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域后，經(jīng)過定位和檢測(cè)可以在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行信息交互的維護(hù)Agent所處的狀態(tài)稱為有效狀態(tài)；經(jīng)過定位和檢測(cè)后不能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)間信息交互的維護(hù)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(zhǔn)確的表達(dá)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(yùn)算能夠提取出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)及其位置關(guān)系之間的信息，從而可以準(zhǔn)確的表達(dá)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系或者網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫螤?，本文中的后續(xù)內(nèi)容進(jìn)一步證實(shí)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(cè)區(qū)域?qū)S護(hù)Agent的定位和檢測(cè)功能主要體現(xiàn)在對(duì)其所處位置和狀態(tài)的判斷，其中處于無效狀態(tài)的維護(hù)Agent被分為以下幾類：

（1）網(wǎng)絡(luò)中處于游離探測(cè)的監(jiān)聽Agent，其作用是探測(cè)網(wǎng)路中是否有危險(xiǎn)Agent的入侵，不進(jìn)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(jì)Agent，可以根據(jù)自身的遺傳變異機(jī)制定出抵抗危險(xiǎn)Agent的免疫策略，所以也不進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互，屬于無效狀態(tài)；

（3）已經(jīng)進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)間信息交互的維護(hù)Agent，如果仍不能有效的抵抗危險(xiǎn)Agent的攻擊，則不在進(jìn)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(cè)

2.2.1 網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的劃分

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

將矩陣初始化得：

因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)中的維護(hù)Agent是在進(jìn)行移動(dòng)的，所以進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域內(nèi)的Agent也是在變化的，矩陣中的元素值也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。

2.2.2 無效狀態(tài)的定位和檢測(cè)

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

因?yàn)樘綔y(cè)區(qū)域?qū)S護(hù)Agent的識(shí)別作用表現(xiàn)為其狀態(tài)的改變，所以當(dāng)維護(hù)Agent移動(dòng)到探測(cè)區(qū)域內(nèi)，所處狀態(tài)就會(huì)被識(shí)別，同樣的，對(duì)應(yīng)的矩陣元素值就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，維護(hù)Agent的移動(dòng)規(guī)則如下：

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

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

（3）沒有處在探測(cè)區(qū)域內(nèi)的維護(hù)Agent，開始向探測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)的空白區(qū)域進(jìn)行移動(dòng)，即移向矩陣元素值為0的區(qū)域。如果該維護(hù)Agent能進(jìn)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(dòng)進(jìn)來的Agent也需要進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

（4）如果沒有處在探測(cè)區(qū)域的Agent移向探測(cè)范圍內(nèi)后，并且不能進(jìn)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(cè)范圍內(nèi)。

根據(jù)移動(dòng)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(hù)Agent處于有效狀態(tài)，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)間的信息交互完成通信任務(wù)，而其他的維護(hù)Agent處于無效狀態(tài)。

3 仿真驗(yàn)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(duì)網(wǎng)絡(luò)中的維護(hù)Agent進(jìn)行仿真分析，其中，矩陣元素0表示該區(qū)域沒有維護(hù)Agent，在仿真中為空白區(qū)域；●表示初始狀態(tài)的維護(hù)Agent；矩陣元素1表示能夠在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行信息交互的維護(hù)Agent，用▲表示，即處于有效狀態(tài)的維護(hù)Agent；矩陣元素－1表示在網(wǎng)絡(luò)間不能進(jìn)行信息交互的維護(hù)Agent，用＋代表，即處于無效狀態(tài)的維護(hù)Agent；探測(cè)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(yùn)用Repast仿真平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行仿真，設(shè)置一個(gè)10×10的網(wǎng)格構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的虛擬空間，在這個(gè)虛擬空間中，隨機(jī)分布著各種維護(hù)Agent，并且維護(hù)Agent在網(wǎng)格中是可以自由移動(dòng)的。如果某網(wǎng)格已存在Agent，則其他Agent就不能在移進(jìn)。在無線傳感器還沒有開始工作時(shí)，維護(hù)Agent在10×10網(wǎng)格中的隨機(jī)分布如圖1所示。

圖1 初始的維護(hù)Agent

3.3 初步定位

當(dāng)探測(cè)區(qū)域開始進(jìn)行工作時(shí)，已處在探測(cè)區(qū)域內(nèi)的維護(hù)Agent必然存在兩種狀態(tài)，一種是能夠在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行信息交互的維護(hù)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(jìn)行信息交互的維護(hù)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(cè)區(qū)域內(nèi)，有效狀態(tài)和無效狀態(tài)的維護(hù)Agent各有一個(gè)，其余的維護(hù)Agent網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中進(jìn)行自由移動(dòng)。

3.4 中間過程

探測(cè)區(qū)域會(huì)對(duì)每一個(gè)移動(dòng)到探測(cè)區(qū)域內(nèi)的維護(hù)Agent的狀態(tài)進(jìn)行定位。由于維護(hù)Agent的隨機(jī)移動(dòng)，所以沒有進(jìn)入到探測(cè)區(qū)域內(nèi)的維護(hù)Agent同樣有可能會(huì)移動(dòng)到探測(cè)區(qū)域內(nèi)，而已經(jīng)經(jīng)過探測(cè)區(qū)域檢測(cè)的維護(hù)Agent會(huì)保持其現(xiàn)有的狀態(tài)移動(dòng)到探測(cè)區(qū)域外，對(duì)維護(hù)Agent的移動(dòng)進(jìn)行仿真，如圖3所示。

圖2 對(duì)維護(hù)Agent的初步定位

圖3 中間過程的維護(hù)Agent

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

3.5 維護(hù)Agent的最終定位

當(dāng)所有的維護(hù)Agent都經(jīng)過探測(cè)區(qū)域之后，整個(gè)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(jìn)行信息交互的維護(hù)Agent（圖中▲），另一種是不能在網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行信息交互的維護(hù)Agent（圖中＋）。網(wǎng)絡(luò)中所有維護(hù)Agent經(jīng)過探測(cè)區(qū)域檢測(cè)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(hù)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(hù)Agent在網(wǎng)格中自由移動(dòng)。

圖4 網(wǎng)格內(nèi)所有的維護(hù)Agent

4 定位檢測(cè)技術(shù)的典型應(yīng)用

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、感知和采集各種環(huán)境中監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息。在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)，通過已知節(jié)點(diǎn)的信息，采用一定算法獲取未知節(jié)點(diǎn)與已知節(jié)點(diǎn)之間的距離、角度、相關(guān)性等信息，得出未知節(jié)點(diǎn)的信息。而無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以被稱為一個(gè)Agent［6］，所以本文中的維護(hù)Agent所處狀態(tài)的定位和檢測(cè)可以被廣泛應(yīng)用到涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)領(lǐng)域。

在軍事領(lǐng)域，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域的識(shí)別作用［7］可以進(jìn)行戰(zhàn)場(chǎng)信息監(jiān)測(cè)、容錯(cuò)性評(píng)估、兵力裝備信息偵查、核攻擊檢測(cè)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(cè)區(qū)域的識(shí)別作用可以對(duì)病者行為進(jìn)行追蹤、對(duì)病人的病情變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)、以及在醫(yī)院的藥物管理方面也有很大的應(yīng)用。

在交通領(lǐng)域［9］，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)區(qū)域的識(shí)別作用可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)檢測(cè)車輛、緩解道路擁堵、路況探測(cè)等多方面的應(yīng)用。

5 結(jié)束語

本文將多Agent技術(shù)的定位和檢測(cè)的方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)中各維護(hù)Agent所處的狀態(tài)進(jìn)行識(shí)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(cè)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(hù)Agent分為初步定位、中間過程、最終定位三個(gè)階段進(jìn)行仿真驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明，利用多Agent技術(shù)，可以將經(jīng)過探測(cè)區(qū)域之后所處無效狀或有效狀態(tài)的維護(hù)Agent分類，提高了網(wǎng)絡(luò)辨別維護(hù)Agent所處狀態(tài)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也證實(shí)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(hù)Agent分類的目的是進(jìn)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(hù)Agent進(jìn)行信息交互來提高網(wǎng)絡(luò)間抵抗危險(xiǎn)入侵的能力，從而預(yù)防可能出現(xiàn)的安全問題。

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