專利名稱：一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式實時協(xié)同設(shè)計的一致性保持方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種用于無線傳感器 網(wǎng)絡(luò)分布式實時協(xié)同設(shè)計的一致性保持方法。
背景技術(shù)：
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前國際上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿 研究熱點領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng) 業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐反恐、危險區(qū)域遠(yuǎn)程控 制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價值和巨大實用價值，已經(jīng)引起了世界許多國家軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，并成為進(jìn)入2000年以來公認(rèn)的新興前沿?zé)狳c研究領(lǐng)域，被認(rèn)為是將對二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模廣泛應(yīng)用目前受制于諸多因素，其中的難點之一是缺少對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)布設(shè)、測試、應(yīng)用、維護(hù)中系統(tǒng)規(guī)劃的支持。無線傳感網(wǎng)存在著應(yīng)用環(huán)境多樣、傳感器種類眾多、節(jié)點平臺特性不同、信息處理策略多樣等多種因素，而來自不同領(lǐng)域背景、處于不同位置的多名人員采用遠(yuǎn)程協(xié)作的方式進(jìn)行實時異地協(xié)同設(shè)計，對于大規(guī)模無線傳感網(wǎng)的系統(tǒng)布設(shè)、測試、 應(yīng)用與維護(hù)具有重要意義。現(xiàn)有的遠(yuǎn)程協(xié)作軟件系統(tǒng)主要應(yīng)用在編著、繪圖、會議等領(lǐng)域，無法有效 支持用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的協(xié)同設(shè)計，從算法角度而言，需要為無線傳感 器網(wǎng)絡(luò)的共享協(xié)作空間提供一種有效的多站點一致性保持方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分 布式實時協(xié)同設(shè)計的一致性保持方法。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的 一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè) 計的多站點一致性保持方法，包括以下步驟(1) 邏輯時間的標(biāo)注每個站點Si維護(hù)一個N維矢量K，這里K [i]是Si的 本地邏輯時鐘，K [j]表示Si對Sj的本地邏輯時間的最新了解，Si以此對操 作加時間標(biāo)簽；(2) 邏輯時間的生成站點在初始化時對邏輯時間清零，站點在產(chǎn)生一項操作 后，將本地邏輯時鐘遞增一次；(3) 邏輯時間的發(fā)送站點在發(fā)這一項操作事件時，本地邏輯時間對事件加蓋 時間標(biāo)簽，然后廣播該事件至其它站點；(4) 邏輯時間的接收站點Si接收到來自其它站點的邏輯時間0^后，修改本 地邏輯時間為K [k] := max U [k]， 1 [k])， 1 S k S N;(5) 最終結(jié)果收斂性的保持站點Si維持一個歷史記錄HL存放已執(zhí)行的操作， 當(dāng)某個操作事件CU遲到，則取消在歷史記錄中的按SUM全序列OnCT之后的所有 操作，執(zhí)行0。CT并將0，存入HL中，并重新執(zhí)行HL中被取消的所有操作。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明提供的基于邏輯時間的一致性保持策略能夠 用于傳感器網(wǎng)絡(luò)的多人實時協(xié)同設(shè)計，保持分布式共享設(shè)計空間內(nèi)各站點的狀 態(tài)一致性，提高多用戶設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性和高效性。


圖1為本發(fā)明的邏輯時鐘及SUM全序示例圖。
具體實施方式
本發(fā)明提供了用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式實時協(xié)同設(shè)計的一致性保持方 法，該協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)是一種計算機(jī)群件，可支持對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在布設(shè)、測 試、應(yīng)用及維護(hù)等階段的多人協(xié)作。該方法允許系統(tǒng)中的每個站點維持自身的 設(shè)計空間狀態(tài)，所有站點形成一個支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的虛擬共享設(shè)計空間。以下首先介紹本發(fā)明中使用的事件關(guān)系和SUM全序。對于分布式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實時協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)，各站點通過事件交換維 持共享設(shè)計空間的一致性。由于事件執(zhí)行以不同次序進(jìn)行，將引起各種不一致問題。Lamport定義了事件之間的依賴關(guān)系操作0B依賴于操作0A，當(dāng)且僅當(dāng) OA在因果關(guān)系上對OB有直接或間接的影響，記為0A— 0B。為了保持系統(tǒng)的因 果性，事件執(zhí)行次序不能違反依賴關(guān)系"一"。SUM全序關(guān)系"^"的定義是給定2個操作0a和0b，分別由站點i和站 點j生成，時間標(biāo)簽分別是SV。a和SV。b，則0a^0b，如果(1) sum(SVj < sum(SV。b),或(2) sum(SV。a) = sum(SV。b)且Priority(i) 〈 Priority(j) 這里，sum(SV) = ESV[k]， Priority(m)表示站點m的優(yōu)先權(quán)。 全序關(guān)系"^"與因果關(guān)系"一"是一致的如果0a —0b，則0a:^0b。 一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式實時協(xié)同設(shè)計的多站點一致性保持方法，包括以下為了消除由于事件并發(fā)生成及執(zhí)行失序而產(chǎn)生的共享空間內(nèi)一致的問題， 采用邏輯時間機(jī)制，設(shè)計了基于SUM全序的策略?；舅枷肴缦?l)為各站點 及消息標(biāo)注邏輯時間；(2)在操作集上定義一種與邏輯時間保持一致的全序；(3) 各站點根據(jù)全序及利用操作的歷史記錄使最終執(zhí)行效果與所有操作以全序執(zhí)行 的效果相同。在此設(shè)站點的總數(shù)為N。以下圖1所示實例描述了通過本發(fā)明的邏輯時鐘及SUM全序，協(xié)同設(shè)計虛 擬空間內(nèi)站點1和站點2的狀態(tài)變化。采用SUM全序、Priority(l)〉 Priority(2)、存在2個連續(xù)操作(021和022)時，協(xié)同設(shè)計虛擬空間內(nèi)站點1 和站點2的狀態(tài)變化，包括時間標(biāo)簽和本地邏輯時鐘的變化情況。 本方法包括以下步驟A、 邏輯時間的標(biāo)注在本發(fā)明的邏輯時間系統(tǒng)中，時間域由一組非負(fù)整數(shù)矢量表示。讓每個站 點Si維護(hù)一個N維矢量K，這里K [i]是Si的本地邏輯時鐘，描述本地邏輯 時間進(jìn)展，K [j]表示Si對Sj的本地邏輯時間的最新了解。整個矢量K組成 Si對邏輯全局時間的視圖，Si以此對操作加時間標(biāo)簽。B、 邏輯時間的生成站點Si使用下列規(guī)則生成邏輯時間-規(guī)則b.l:初始時，K [j] :=0， j e U，…，N};規(guī)則b.2:執(zhí)行本地操作0a后，Si改變本地矢量時間K [i] := K [i]+l。C、 邏輯時間的發(fā)送站點Si使用下列規(guī)則發(fā)送邏輯時間規(guī)則b. 3:Si以K作為0A的時間標(biāo)簽，廣播0A至其它站點。D、 邏輯時間的接收站點Si接收到來自其它站點的邏輯時間后，使用下列規(guī)則改變本地邏輯時間規(guī)則接收b.4: Si接收到0，后，修改矢量時間為K [k] :=maX " [k]， K0nCT [k])， 1 " S N。根據(jù)規(guī)則(1)到(4)維護(hù)的矢量時間具有以下性質(zhì)(X^OBGallx: ^ [x] S Kb [x] and 3 x: 4 [x] < KB [x]。E、 最終結(jié)果收斂性的保持站點Si維持一個歷史記錄HL存放已執(zhí)行的操作。當(dāng)不按SUM全序到達(dá)， 即存在某個遲到的操作0^時，處理過程如下el.取消在歷史記錄中的按SUM全序列OnCT之后的所有操作，e2.執(zhí)行(U并將(U存入HL中，e3.重新執(zhí)行HL中被取消的所有操作，當(dāng)執(zhí)行了所有操作后，在所有站點上得到的最后效果等同于按照SUM全序 執(zhí)行相同操作得到的效果，由此維護(hù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)同設(shè)計空間的內(nèi) 容一致性。
權(quán)利要求
1、一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式實時協(xié)同設(shè)計的一致性保持方法，其特征在于，包括以下步驟(1)邏輯時間的標(biāo)注每個站點Si維護(hù)一個N維矢量Vi，這里Vi[i]是Si的本地邏輯時鐘，Vi[j]表示Si對Sj的本地邏輯時間的最新了解，Si以此對操作加時間標(biāo)簽；(2)邏輯時間的生成站點在初始化時對邏輯時間清零，站點在產(chǎn)生一項操作后，將本地邏輯時鐘遞增一次；(3)邏輯時間的發(fā)送站點在發(fā)送一項操作事件時，本地邏輯時間對事件加蓋時間標(biāo)簽，然后廣播該事件至其它站點；(4)邏輯時間的接收站點Si接收到來自其它站點的邏輯時間Onew后，修改本地邏輯時間為Vi[k]＝max(Vi[k]，VOnew[k])，1≤k≤N；(5)最終結(jié)果收斂性的保持站點Si維持一個歷史記錄HL存放已執(zhí)行的操作，當(dāng)某個操作事件Onew遲到，則取消在歷史記錄中的按SUM全序列Onew之后的所有操作，執(zhí)行Onew并將Onew存入HL中，并重新執(zhí)行HL中被取消的所有操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式實時協(xié)同設(shè)計的一致性保持方法，該方法為協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)中的每個站點維持自身的設(shè)計空間狀態(tài)，整個系統(tǒng)形成一個支持無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多人共享虛擬設(shè)計空間；用戶的設(shè)計操作在站點上生成本地事件，由此改變本地設(shè)計空間的當(dāng)前狀態(tài)，同時該操作事件被傳送到系統(tǒng)中的其它站點，對各站點的虛擬設(shè)計空間狀態(tài)進(jìn)行變更；事件生成與發(fā)送時采用分布式邏輯時鐘對各操作事件進(jìn)行編號；事件接收時基于全序原則對到達(dá)站點的事件進(jìn)行排序；該方法能夠在針對傳感器網(wǎng)絡(luò)的多人實時協(xié)同設(shè)計過程中，保持分布式共享設(shè)計空間內(nèi)各站點的狀態(tài)一致性，從而提高多用戶設(shè)計無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性和高效性。
文檔編號H04L12/28GK101262328SQ200810060068
公開日2008年9月10日 申請日期2008年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月5日
發(fā)明者波 肖 申請人:中科院嘉興中心微系統(tǒng)所分中心