基于WSAN的物联网软件框架及自适应方法研究
发布时间：2022-01-13 01:20
随着物联网的普及和智能节点的出现,物联网开始向着全新的边缘物联网时代迈进。这使得传统软件逐渐暴露出自身性能的不足。与传统因特网不同,现有软件形态并不能良好地适应物联网的发展需求,实现物联网设备的高度自治及边缘计算资源的利用。物联网的边缘计算趋势为研究以物端为核心、充分利用节点设备资源的软件理论和技术带来了新的挑战和机遇。物联网软件通常应用在现实环境和功能需求多变的情景中,这要求物联网软件必须具备自我调整的能力,以保障自身长久、安全、可靠地运行。适应性是物联网软件的基本特性。因此,物联网软件自适应能力的研究具有重大的实践意义。为适应物联网的发展趋势,解决传统软件能力的不足,本文对物联网软件进行了研究,主要工作如下:（1）针对传统软件无法利用边缘计算资源的问题,提出了基于WSAN的物联网软件分布式知识框架。该框架首先参考元组空间概念,对物联网底层节点的结构模型进行了扩展;接着将软件内部与环境相关的执行逻辑识别并分离出来;然后依照预定义的演化规则生成一组关联知识并嵌入底层节点;最后借助智能节点对环境变化的感知,触发嵌入的软件逻辑,实现物联网软件的正确执行。MATLAB仿真实验表明,应用该框架...
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MATLAB仿真场景图
图 3-9 MATLAB 仿真场景图图 3-10 是温室系统的 MATLAB 仿真结果图。由通信跳数对比图可知，非框架软件通信跳数是框架软件通信跳数的 6-8 倍，符合上文的理论分析。同时在消息传递时间图中，框架软件的消息传递总时间比非框架软件低的多。因此物联网软件分布式知识框架是有效的，具有更高的实时性，且可以赋予节点自治通信的能力。除此之外，感执设备传输消息比执行运算要消耗更多能量。1kb 大小的数据包传输 100 米的能耗相当于计算能力为 100MIPS/w 的处理器执行 3 百万条指令的能耗，故所提框架在该温室培育系统中还具有更低的能量消耗。
4.2 节和 4.3 节的分析，我们可知在温室系统自适应过程中有五个件，分别是 WSAN 组件、环境信息库组件、环境逻辑管理组件、需求管理组件。WSAN 组件用来实现环境的感知和软件自适应的组件用来存储和维护 WSAN 组件的内部状态信息。环境逻辑管理自适应的整体流程。规则引擎组件用来生成新的分布式知识规则。获取和处理新的用户需求。通过分析这五个软件组件的具体功能和我们得到了五个时间自动机模型，分别是 WSAN（WSAN 组件）、息库）、LogicManag（e逻辑管理）、LogicGenerat（e规则引擎）以及 Us理）。AN 组件有七种状态，分别是空闲状态 idle、感知状态 sensing、获getInf、获得失效数据状态 getLose、传递状态 sending、接收状态 re态 updating。具体结构见图 4-5。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于环境与神经网络的软件自适应建模[J]. 覃志武,谢晋雄,蔡伊娜,闫毅宣. 深圳大学学报(理工版). 2017(06)
[2]网络化软件自适应动态演化技术的趋势分析[J]. 陆超泽,曾国荪. 同济大学学报(自然科学版). 2016(10)
[3]软件自适应:基于控制理论的方法[J]. 杨启亮,马晓星,邢建春,胡昊,王平,韩德帅. 计算机学报. 2016(11)
[4]基于反馈控制的软件适应性需求的识别与分析[J]. 刘春,张伟,赵海燕,金芝. 软件学报. 2015(04)
[5]一种基于元组空间的智能传感器协同感知机制[J]. 王睿智,史庭训,焦文品. 软件学报. 2015(04)
[6]一种基于智能体技术的软件自适应动态演化机制[J]. 李青山,王璐,褚华,张曼. 软件学报. 2015(04)
[7]一种基于多Agent系统的云服务自组织管理方法[J]. 侯富,毛新军,吴伟. 软件学报. 2015(04)
[8]面向服务的物联网软件体系结构设计与模型检测[J]. 陈海明,崔莉. 计算机学报. 2016(05)
[9]PMDA:一种物理模型驱动的物联网软件体系结构[J]. 谢开斌,陈海明,崔莉. 计算机研究与发展. 2013(06)
[10]Fuzzy Self-Adaptation of Mission-Critical Software Under Uncertainty[J]. 杨启亮,吕建,陶先平,马晓星,邢建春,宋巍. Journal of Computer Science & Technology. 2013(01)
本文编号：3585781
【文章来源】：苏州大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MATLAB仿真场景图
图 3-9 MATLAB 仿真场景图图 3-10 是温室系统的 MATLAB 仿真结果图。由通信跳数对比图可知，非框架软件通信跳数是框架软件通信跳数的 6-8 倍，符合上文的理论分析。同时在消息传递时间图中，框架软件的消息传递总时间比非框架软件低的多。因此物联网软件分布式知识框架是有效的，具有更高的实时性，且可以赋予节点自治通信的能力。除此之外，感执设备传输消息比执行运算要消耗更多能量。1kb 大小的数据包传输 100 米的能耗相当于计算能力为 100MIPS/w 的处理器执行 3 百万条指令的能耗，故所提框架在该温室培育系统中还具有更低的能量消耗。
4.2 节和 4.3 节的分析，我们可知在温室系统自适应过程中有五个件，分别是 WSAN 组件、环境信息库组件、环境逻辑管理组件、需求管理组件。WSAN 组件用来实现环境的感知和软件自适应的组件用来存储和维护 WSAN 组件的内部状态信息。环境逻辑管理自适应的整体流程。规则引擎组件用来生成新的分布式知识规则。获取和处理新的用户需求。通过分析这五个软件组件的具体功能和我们得到了五个时间自动机模型，分别是 WSAN（WSAN 组件）、息库）、LogicManag（e逻辑管理）、LogicGenerat（e规则引擎）以及 Us理）。AN 组件有七种状态，分别是空闲状态 idle、感知状态 sensing、获getInf、获得失效数据状态 getLose、传递状态 sending、接收状态 re态 updating。具体结构见图 4-5。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于环境与神经网络的软件自适应建模[J]. 覃志武,谢晋雄,蔡伊娜,闫毅宣. 深圳大学学报(理工版). 2017(06)
[2]网络化软件自适应动态演化技术的趋势分析[J]. 陆超泽,曾国荪. 同济大学学报(自然科学版). 2016(10)
[3]软件自适应:基于控制理论的方法[J]. 杨启亮,马晓星,邢建春,胡昊,王平,韩德帅. 计算机学报. 2016(11)
[4]基于反馈控制的软件适应性需求的识别与分析[J]. 刘春,张伟,赵海燕,金芝. 软件学报. 2015(04)
[5]一种基于元组空间的智能传感器协同感知机制[J]. 王睿智,史庭训,焦文品. 软件学报. 2015(04)
[6]一种基于智能体技术的软件自适应动态演化机制[J]. 李青山,王璐,褚华,张曼. 软件学报. 2015(04)
[7]一种基于多Agent系统的云服务自组织管理方法[J]. 侯富,毛新军,吴伟. 软件学报. 2015(04)
[8]面向服务的物联网软件体系结构设计与模型检测[J]. 陈海明,崔莉. 计算机学报. 2016(05)
[9]PMDA:一种物理模型驱动的物联网软件体系结构[J]. 谢开斌,陈海明,崔莉. 计算机研究与发展. 2013(06)
[10]Fuzzy Self-Adaptation of Mission-Critical Software Under Uncertainty[J]. 杨启亮,吕建,陶先平,马晓星,邢建春,宋巍. Journal of Computer Science & Technology. 2013(01)
本文编号：3585781
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