维护Agent状态的定位和检测

王春梅，范通让

（石家庄铁道大学 信息科学与技术学院，河北 石家庄 050043）

0 引言

人类进入21世纪以来，互联网为人们提供了纷繁复杂的信息，如何快速甄别有效信息已备受人类关注。多Agent技术［1］的出现为信息的甄别提供了有效的方法。

多Agent技术是一种处于一定环境下包装的计算机系统，为实现设计目的，能在该环境下灵活自主的活动，从而完成复杂的工作任务［2］。矩阵元素或者矩阵运算［3］提取出网络节点及其位置关系之间的信息，从而可以很好的表达网络结构关系或者网络形状［4］。本文将多Agent技术应用到网络中对维护Agent所处状态的定位和检测中，利用矩阵元素表示网格信息的方法，根据矩阵元素的变化，从而判断通过探测区域后的网络中Agent所处的状态，最后通过Repast仿真软件将目标Agent分为初步定位、中间过程、最终定位三个阶段进行仿真验证。仿真结果表明，经过探测区域之后，可以将所处无效状态或有效状态的维护Agent分类，提高了网络辨别维护Agent所处状态的准确性，同时也证实了矩阵元素表示网格信息的有效性。

1 网络中的Agent

1.1 Agent的种类

根据Agent作用的不同被划分为不同种类［5］。在本文中Agent被分为五类，分别是监听Agent、审计Agent、防御Agent、交互Agent和危险Agent，其中，监听Agent、审计Agent、防御Agent、交互Agent又被称为维护Agent。

1.2 探测区域的识别作用

由于网络之间的通信任务是通过维护Agent之间的相互协作完成的，所以需要识别出处于有效状态的维护Agent，通过有效状态的维护Agent之间的信息交互，完成通信任务，这样就需要探测区域对维护Agent所处状态进行识别。

探测区域对维护Agent的识别作用表现为其状态的改变，在网络中随机移动的维护Agent，只有经过探测区域后才能被辨别出其所处的状态。

1.3 维护Agent的状态分类

在本文中，还未经过探测区域进行定位和检测的维护Agent所处的状态称为未知状态；进入到探测区域后，经过定位和检测可以在网络间进行信息交互的维护Agent所处的状态称为有效状态；经过定位和检测后不能进行网络间信息交互的维护Agent所处的状态称为无效状态。

1.4 矩阵元素表示法

为了能够准确的表达网络的结构和关系，采用矩阵元素表示网络信息的方法。矩阵元素或者矩阵运算能够提取出网络节点及其位置关系之间的信息，从而可以准确的表达网络结构关系或者网络拓扑形状，本文中的后续内容进一步证实了此结论的有效性。

2 无效状态

2.1 无效状态的分类

本文中探测区域对维护Agent的定位和检测功能主要体现在对其所处位置和状态的判断，其中处于无效状态的维护Agent被分为以下几类：

（1）网络中处于游离探测的监听Agent，其作用是探测网路中是否有危险Agent的入侵，不进行网络间的信息交互，属于无效状态；

（2）网络中的审计Agent，可以根据自身的遗传变异机制定出抵抗危险Agent的免疫策略，所以也不进行网络间的信息交互，属于无效状态；

（3）已经进行了网络间信息交互的维护Agent，如果仍不能有效的抵抗危险Agent的攻击，则不在进行网络间的信息交互，属于无效状态。

2.2 无效状态的定位和检测

2.2.1 网络区域的划分

将需要定位的整个网络划分成n＊m个区域，同时构建矩阵L，每个小区域代表了矩阵中的一个元素，矩阵元素初始值都为0。

将矩阵初始化得：

因为网络中的维护Agent是在进行移动的，所以进入到探测区域内的Agent也是在变化的，矩阵中的元素值也会发生相应的变化。

2.2.2 无效状态的定位和检测

矩阵中的各个元素代表的都是维护Agent可能移动到的位置，其中元素值0代表此处区域没有维护Agent，1代表此处区域由处于有效状态的维护Agent所占，－1代表此处区域由处于无效状态的维护Agent所占。

因为探测区域对维护Agent的识别作用表现为其状态的改变，所以当维护Agent移动到探测区域内，所处状态就会被识别，同样的，对应的矩阵元素值就会发生相应的变化，维护Agent的移动规则如下：

（1）已处在探测区域范围内的维护Agent，如果不能够进行网络间的信息交互，那么维护Agent所对应矩阵元素值变为－1，且开始向外移动，目的是离开探测区域所包含的范围。在移动到其它区域时，其他区域的值由0变为－1，原来所占区域值恢复为0。

（2）已处在探测区域范围内的维护Agent，如果能够进行网络间的信息交互，那么维护Agent所对应矩阵元素值由0变为1，这类维护Agent同样也会移出探测区域。在移动到其它区域时，移出区域的数值由1变为0，维护Agent所占的区域位置由0变为1。

（3）没有处在探测区域内的维护Agent，开始向探测区域范围内的空白区域进行移动，即移向矩阵元素值为0的区域。如果该维护Agent能进行网络间的信息交互，区域所在的元素值由0变为1，证明刚刚移动进来的Agent也需要进行状态转换。

（4）如果没有处在探测区域的Agent移向探测范围内后，并且不能进行网络间的信息交互，那么Agent所处的区域元素值也变为－1，并且开始移出探测范围内。

根据移动规则，更新矩阵元素得：

所以，只有矩阵元素所在区域元素值是1的维护Agent处于有效状态，可以进行网络间的信息交互完成通信任务，而其他的维护Agent处于无效状态。

3 仿真验证与分析

3.1 矩阵元素在仿真中的表现

根据上节中提到的矩阵元素，对网络中的维护Agent进行仿真分析，其中，矩阵元素0表示该区域没有维护Agent，在仿真中为空白区域；●表示初始状态的维护Agent；矩阵元素1表示能够在网络间进行信息交互的维护Agent，用▲表示，即处于有效状态的维护Agent；矩阵元素－1表示在网络间不能进行信息交互的维护Agent，用＋代表，即处于无效状态的维护Agent；探测区域在仿真中用虚线框表示。

3.2 网络环境的仿真

运用Repast仿真平台对网络环境进行仿真，设置一个10×10的网格构成网络环境的虚拟空间，在这个虚拟空间中，随机分布着各种维护Agent，并且维护Agent在网格中是可以自由移动的。如果某网格已存在Agent，则其他Agent就不能在移进。在无线传感器还没有开始工作时，维护Agent在10×10网格中的随机分布如图1所示。

图1 初始的维护Agent

3.3 初步定位

当探测区域开始进行工作时，已处在探测区域内的维护Agent必然存在两种状态，一种是能够在网络间进行信息交互的维护Agent，用▲表示，这类Agent所处状态为有效状态；另一种是不能在网络间进行信息交互的维护Agent，用＋表示，这类Agent所处的状态是无效状态。初步定位的仿真如图2所示。

在图2中的探测区域内，有效状态和无效状态的维护Agent各有一个，其余的维护Agent网络环境中进行自由移动。

3.4 中间过程

探测区域会对每一个移动到探测区域内的维护Agent的状态进行定位。由于维护Agent的随机移动，所以没有进入到探测区域内的维护Agent同样有可能会移动到探测区域内，而已经经过探测区域检测的维护Agent会保持其现有的状态移动到探测区域外，对维护Agent的移动进行仿真，如图3所示。

图2 对维护Agent的初步定位

图3 中间过程的维护Agent

在图3中，有一个处于无效状态的维护Agent移出了探测区域，探测区域内的维护Agent分别显示为有效状态和无效状态，其余的维护Agent在网格环境中处于自由移动的状态。

3.5 维护Agent的最终定位

当所有的维护Agent都经过探测区域之后，整个网格环境中的Agent分为两种，一种是可以在网络间进行信息交互的维护Agent（图中▲），另一种是不能在网络间进行信息交互的维护Agent（图中＋）。网络中所有维护Agent经过探测区域检测完毕之后的状态如图4所示。

在图4中，网格中所处的维护Agent的状态被分为有效状态和无效状态两种，这两种状态的维护Agent在网格中自由移动。

图4 网格内所有的维护Agent

4 定位检测技术的典型应用

无线传感器网络能够实现实时监测、感知和采集各种环境中监测区域内监测对象的信息。在监测区域内，通过已知节点的信息，采用一定算法获取未知节点与已知节点之间的距离、角度、相关性等信息，得出未知节点的信息。而无线传感器网络中的每一个节点都可以被称为一个Agent［6］，所以本文中的维护Agent所处状态的定位和检测可以被广泛应用到涉及无线传感器网络的各个领域。

在军事领域，利用无线传感器网络监测区域的识别作用［7］可以进行战场信息监测、容错性评估、兵力装备信息侦查、核攻击检测等功能。

在医疗领域［8］，利用无线传感器网络监测区域的识别作用可以对病者行为进行追踪、对病人的病情变化进行监测、以及在医院的药物管理方面也有很大的应用。

在交通领域［9］，利用无线传感器网络监测区域的识别作用可以实现随时检测车辆、缓解道路拥堵、路况探测等多方面的应用。

5 结束语

本文将多Agent技术的定位和检测的方法对网络中各维护Agent所处的状态进行识别。利用矩阵元素表示网格信息的方法，根据矩阵元素的变化，从而判断通过探测区域后网络中Agent所处的状态，最后通过Repast仿真软件将维护Agent分为初步定位、中间过程、最终定位三个阶段进行仿真验证。仿真结果表明，利用多Agent技术，可以将经过探测区域之后所处无效状或有效状态的维护Agent分类，提高了网络辨别维护Agent所处状态的准确性，同时也证实了矩阵元素表示网格信息的有效性。

鉴于将所处不同状态的维护Agent分类的目的是进行网络间信息的交互，下一步的工作将通过介绍不同网络中处于有效状态的维护Agent进行信息交互来提高网络间抵抗危险入侵的能力，从而预防可能出现的安全问题。

［1］ 黄楠，刘斌.多 Agent技术综述［J］.微处理机，2010，2：1－4.

［2］ Arash S N，Volker H.An Abstract Representation Model for Evolutionary Analysis of Multi－Agent Interactions［C］.Evolutionary Computation（CEC），2011IEEE Congress on.2011，6：1－8.

［3］ Peter G，Desmond J.H.matrix iteration for dynamic network summaries［J］.SIAM Review，2013，55（1）：118－128.

［4］ Chui－wei L，Zhengbing H.A Fuzzy Search Algorithm for Structured P2PNetwork Based on Multi－dimensional Semantic Matrix［J］.Journal of Networks，2012，7（2）：377－384.

［5］ Tao L，Xia L，XiaoPing L.Integration of small world networks with multi－agent systems for simulating epidemic spatiotemporal transmission［J］.Chinese Science Bulletin，2010，13（55）：1285 1293.

［6］ Yong Zh，Li W，Zhenbin G.The Application of Wireless Sensor Networks with Multi－agent Systems［C］.IET Conference Publications，2007：197－200.

［7］ Yue H，Chengdong W，Yunzhou Z，et，al.The Target Localization with False Alarm in Wireless Sensor Networks［J］.Journal of Computational Information Systems，2012，8（20）：8537－8544.

［8］ Alemdar H，Ersoy C.Wireless sensor networks for healthcare：Asurvey［J］.ComputerNetworks，2010，54（15）：2688－2710.

［9］ Fengyuan R，Tao H，and Sajal K.D，et al.Traffic－Aware Dynamic Routing to Alleviate Congestion in Wireless Sensor Networks［J］.IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems，2011，22（9）：1585－1599.