KEPPAN：主动规划的自组织网络的知识开发

摘要

本文探讨了通过节点的通信需求来管理移动自组织网络（MANET）的思想，作为促进分布式应用程序运行的一种手段。具体来说，我们提出了一个中间件层这使得能够对可能存在的多种可能性进行推理，以确保某些通信需求的可满足性。该中间件被明确设计用于处理有关网络的部分和可变知识，并在无法确定是否能够满足某些需求时指导对缺失信息的搜索。这些功能为实现策略提供了基础，以便在MANET中协调活动，以寻求最能满足其节点通信需求的配置。我们提供了仿真结果以显示我们的解决方案的比较优势，并提供了一份实验报告以评估其实用性和可用性。

介绍

计算正经历着从依赖固定有线网络的台式机向无基础设施支持的移动设备无线网络的转变。移动自组织网络（MANET）的模式越来越流行，在军事监视（Rubin和Zhang，2003）、紧急情况（Jiang等，2004）、车辆网络（Blum等，2004年）、传感器-行动者网络（Melodia等，2007年）和许多其他领域都有应用。

我们在本文中解决的问题是，MANET节点的物理移动性经常导致零星和瞬态连接，如果应用程序无法与提供其所需服务的节点通信，则可能导致应用程序故障。为了防止这种情况发生，许多作者（Basu和Redi，2004，Chang等人，2004，Goldenberg等人，2004）考虑了节点有目的地移动以保持静态的场景连接性要求例如维护双连接网络拓扑。不幸的是，这些系留机动性（TM）方法倾向于过度限制节点的移动，这可能对某些应用程序非常有害。作为替代方案，Su等人（2001）、de Rosa等人（2005）和Härri等人（2005运动预测（MP）技术，然后就可预见的问题警告应用程序或其用户。这种方法可以防止在给定时刻交换信息的节点对之间发生中断；然而，它不能为这些节点提供关于如何维护通信的信息，例如通过其他节点建立多跳路由，将服务迁移到范围内的节点等。

由于了解了以前方法的局限性，一些作者想知道如何通过知识开发（KP）实现MANET的主动规划（Sen等人，2005年），这是由通信要求即通过指示应该可以在特定时间和地点与特定服务通信。这个想法一开始是让节点交换信息，包括他们所知道的任何信息：

• 不同节点的服务提供计划：它们将提供哪些服务，在什么时间间隔内，等等。

• 服务的弹性属性，即它们是否可以从一个节点迁移到另一个节点、克隆或租用一段时间等。

• 节点的运动轮廓，即其预期/预期运动。

• 其他事实，如无法进行某些移动（例如，由于墙的存在）、特定节点无法提供给定服务等。

收集这些信息后，任何节点都可以猜测MANET的全局图，以自动检查其通信需求的可满足性，并在无法满足时得出可能的反应。这些反应可能意味着将自己移动到特定位置，告诉其他人移动，完成服务重新定位，重新考虑自己的通信需求等。在任何情况下，应由应用程序或不同节点的用户商定应用哪些反应，并强制执行相应的重新安排。

对移动自组网中知识利用的研究仍处于起步阶段。尽管我们可以将其起源追溯到丰富的自主系统文献（Dobson等人，2006年），但Handorean等人（2004年）对这一想法进行了充分的描述，作者在其中概述了表示网络信息片段所需的形式主义，并对其所传达的知识进行推理。后来，Mecella等人（2006年）提出了一种支持移动自组网中协作应用的体系结构，重点关注用于处理通信需求可满足性问题（特别是在紧急情况下）的协调程序。Murphy等人（2001）提出了一种基于元组空间事实证明，它们特别适合为分布式应用程序提供共享内存的视图。Sen等人（2007）还利用元组空间改进了Handorean等人（2004）提出的形式，并建立了一个运动轮廓数据库，以处理连接性问题。

上述所有研究都假设有关网络的现有知识是完美的，这在实际环境中很少是正确的。相反，知识通常是部分的（即不完整的）和可变的。当一个节点出现在移动自组网中时，它只知道自己的位置、服务和移动，这使得网络视图非常有限，无法解释通信需求。通过从其他节点检索信息，可以逐步增强该视图，但很少能保证其完整性和新鲜性。事实上，节点通常无法公开其自身的完整信息；例如，尽管有许多情况下节点遵循固定或可预测的轨迹，例如连接到轨道的节点、军事应用中的无人驾驶车辆（Rubin和Zhang，2003）或虚拟节点其运动可以随意控制（Dolev等人，2004）-通常无法获得完整的运动轮廓。Biskupski等人（2007年）已经指出了这个问题，其中作者提出了一个基于代理的自组织MANET抽象模型，其中包含了网络可用知识中的偏好性和可变性的概念。Holzer等人（2007）给出了另一个概念模型，重点是自主和紧急行为的形式化。

前面的讨论表明，对知识开发的研究仍然停留在理论层面，因为处理不完善知识的问题没有可行的解决方案。在这里，我们通过引入一个中间件层来解决这个问题，该中间件层为MANET的节点提供了协作机制，以组成最能满足其通信需求的网络。本提案在以下方面作出了贡献：

• 在对移动自组网的不完全了解的情况下，分析可以得出的关于满足通信需求的可能性的结论。

• 描述知识库中的更改（添加或修改）对结论的影响。

• 暴露可能存在的多种可能性，以确保满足某些要求。

• 评估处理知识和移动设备必须处理的信息量的算法的实用性。

此后，我们将重点关注与知识开发相关的任务，即网络建模和关于通信需求的推理。Friedman和Kliot（2006）、Wu和Wu（2006）以及Marias等人（2006）分别对可能用于收集MANET中的位置信息并确保其可信度的各种方法进行了调查。同样，Chen和Wu（2003）和Oyabu等人（2005）或元组空间文献（Gelernter，1985，Freeman等人，1999，Xu等人，2006）中也可以找到实现不同节点之间信息传播的机制。

我们的提案，称为KEPPAN(主动规划ad-hoc网络的知识开发)，在第2节中描述，以及说明其所有功能的玩具示例。稍后，第3节包括模拟结果，以显示该方案的比较优势，以及评估其实用性和可用性的实验报告。最后，第4节总结了结论和未来工作的动机。