一种基于生物启发的多目标动态监测系统与方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于生物启发的多目标动态监测系统，包括若干个分布式的监测节点，单个所述监测节点的监测范围半径为Rd，单个所述监测节点的可通信范围半径为Rc，其中满足Rd＞Rc，各相邻监测节点之间相互通信连接；单个所述监测节点包括休眠状态和唤醒状态，单个所述监测节点在唤醒状态下自动收集并跟踪处理范围半径Rd内突然出现的目标动态信息，使系统可以稳定实现对于多个监控目标的实时高精度监测。

A biologically inspired multi-target dynamic monitoring system and method

The invention discloses a multi-objective dynamic monitoring system based on bio-inspiration, which includes several distributed monitoring nodes. The monitoring range radius of a single monitoring node is Rd, and the communicable range radius of a single monitoring node is Rc, which satisfies Rd > Rc. Each adjacent monitoring node communicates with each other and connects with each other. The monitoring nodes include dormant state and wake-up state, and a single monitoring node automatically collects and tracks the dynamic information of the target suddenly appearing in the processing radius Rd in the wake-up state, so that the system can stably realize real-time and high-precision monitoring of multiple monitoring targets.

【技术实现步骤摘要】
一种基于生物启发的多目标动态监测系统与方法
本专利技术属于网络监测领域，尤其涉及一种基于生物启发的多目标动态监测系统与方法。
技术介绍
传统的监测技术主要基于数学模型的建立与分析，但是随着监测对象的复杂性与高度非线性以及对监测环境的要求越来越高，传统的监测系统对于监测目标的辨识和建模越来越困难。随着监测技术及科学技术的发展，为了克服常规监测中遇到的监测对象的复杂性与不确定性，智能监测技术便应运而生。区别于传统监测技术，智能监测系统一般具有学习能力和适应能力。可以对一个未知的环境信息进行识别和学习记忆，并且利用累计的记忆不断自行改进开发自身性能。同时智能监测系统一般具备一定的容错率和鲁棒性，可以自行处理一定范围内的错误或冲突，使系统可以稳定实现对于多个监控目标的实时高精度监测。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种能研究解决大规模监测网络的覆盖率、准确率、能耗、反应速度等问题的一种基于生物启发的多目标动态监测系统。技术方案：为实现上述目的，本专利技术的一种基于生物启发的多目标动态监测系统包括若干个分布式的监测节点，单个所述监测节点的监测范围半径为Rd，单个所述监测节点的可通信范围半径为Rc，其中满足Rd＞Rc，各相邻监测节点之间相互通信连接；单个所述监测节点包括休眠状态和唤醒状态，单个所述监测节点在唤醒状态下自动收集并跟踪处理范围半径Rd内突然出现的目标动态信息。进一步的，若干监测节点在稳定状态下的期望唤醒比例预设为P，每个监测节点将P作为自我调控时的参考目标。进一步的，每个所述监测节点上设置一个激素浓度池，每个激素浓度池里面包含活跃激素池和休眠激素池，两种激素作为监测节点之间信息传递的媒介，分别是活跃激素AHx和休眠激素SHx；设定t时刻Ni监测节点的激素浓度水平表示为Hcx(i,t),监测节点的浓度切换门限表示为Switch-Hcx；监测节点Ni根据下式来判断自己的工作状态：t时刻监测节点Ni向Nj发送的唤醒激素或休眠激素分别表示为AHx(i,j,t)和SHx(i,j,t)，满足：对于监测节点Ni，其在t时刻收到的SH和AH对其激素浓度Hc(i,t)的取值按照如下规则变化：Hc(i,t)＝Hc(i-1,t)+ΔAH+ΔSH其中AH和SH互相拮抗，即ΔAH＝-ΔSH；采用基于概率的激素发送方式，监测节点Ni在t时刻发送的SHx和WHx的概率为PSH(i,t)和PWH(i,t)，其中PSH(i,t)和PWH(i,t)满足：PSH(i,t)+PAH(i,t)＝1，PAH(i,t)，PSH(i,t)∈[0，1]进一步的，唤醒监测节点激素发送概率的调节过程，当环境监测信息输入后，唤醒监测节点首先判断感测范围内是否具有监测目标存在，如果有目标存在，对其进行编号，每个监测节点设定一个目标标识，表示为：无目标时，监测节点对自己发送SH调节自身激素水平，然后监测节点通过本轮接收到的其他监测节点发送的激素来估计自身管理区域内的监测节点唤醒比例为：则该监测节点用其与网络整体唤醒期望值P进行比较，得到两者误差：ε(i,t)＝P′(i,t)-P同时设定一个概率阈值Δ，当|ε(i,t)|≤Δ时，Ni将WH和SH的概率设定为同一值，维持网络稳定；只有当|ε(i,t)|>Δ时，网元才调整激素发送的概率，若ε大于0，则下一工作循环应提高SH的发送概率，反之提高WH的发送概率；监测区域有目标时，首先对目标进行编号，编号之后的所有活跃激素和休眠激素都采用与目标同样的编号。编号方式如下：当identifying＝1，令X＝1，若已有X＝1，则令X＝X+1；监测节点Ni首先对自己发送AHx，同时尽可能的唤醒周边监测节点。为实现这一目标，监测节点Ni将发送概率PAH(i,t)设定为1；确定AHx的发送范围为Rwk＝min(Rc,2Rd)；设定自我管理区域的监测节点唤醒率P′可调节，当监测节点监测到目标后根据自身的AH激素水平对P′进行调节，使得监测节点可以最大限度的唤醒其管理区域内其他网元。在请求处理完毕以后通过1的过程重新回归动态平衡。对于P′的设定可以由下面公式表示：P′设定为当前激素水平和最高激素水平的比值，这样便形成一个正反馈体系，当周围激活监测节点越多时本监测节点管理区域内监测节点激活率越高，越能更加快速的唤醒其他监测节点；在所述基础上对每个监测节点的激素浓度进行预处理，设定活跃度的最大值Max_Hc，最小值Min_Hc，则网元活跃度预处理用下面公式表达：在经过上述过程之后，每个自治监测节点就可以通过前面提到的工作状态判断公式来确定自己的工作状态，监测区域内监测节点的工作状态通过设定活跃激素与休眠激素来实现，监测节点休眠状态与唤醒状态的转换。进一步的，当监控区域内没有目标出现，监控网络中没有异常情况的时候，系统进入常规监测状态，监测节点间通过相互作用维持网络稳定；监测系统的每一个监测节点都具有自我管理能力，可以合理调节自身工作状态，监控区域内监测节点在没有目标出现以及异常情况时进入休眠状态，系统处于稳定工作状态，整体网络唤醒概率较低，此时监测系统的稳定通过激活监测节点与未激活监测节点相互的激素交换实现；监测区域在有异常信息或入侵目标出现后，监测系统进入的不同于正常工作状态的情况为应激工作状态，对于多个目标的处理，采用对目标编号的方法，对于不同的目标进行标号同时其监测工作过程中采用对应标号的激素，若出现两个目标T1和T2，激素1和激素2两种激素参与监测节点通信，监测节点A探测到目标T1后，提升自身管理区域的局部唤醒概率到较高的状态，然后对周围阴影监测节点发送活跃激素1进行唤醒，对于监测节点B，在接收到周边监测节点的活跃激素1后，同样提高自身管理区域内的局部唤醒概率，并根据局部唤醒率对周边阴影监测节点发送活跃激素1，监测节点C同理，但是由于距离目标T较远，C监测节点的局部唤醒概率提高程度较少，而距离目标T1最远的D监测节点，处于目标T1的应激工作区域之外，不受激素1的影响，监测节点D在探测到目标T2后，进行与监测节点A同样的工作过程，在经过一轮激素作用后，监测系统可以实现对目标T1与T2的移动路径进行预测，并且提前激活了处于目标路径周围的监测节点，保证了监测网络对于移动目标的跟踪性能以及监测的精确度。当目标移动到其他位置后，通过激素调节关闭多余的监测节点，降低系统能耗。在目标T消失后，监测网络通过激素作用迅速回到原本的正常工作状态；在监测系统中，出现某个监测节点需要切换监测目标的情况，目标T1首先出现在监测节点A的监测范围内，这时通过监测节点A对目标T1进行编号，并且采用激素1作为与其他监测节点的信息交互方式，当目标T1移动到指定位置后，让监测节点A的监测对象从T1切换到T2；具体实现方式如下：首先，当目标1离开监测节点A的监测范围后，监测节点A的激素水平会通过局部唤醒概率P’与整体唤醒概率P的对比进行调整，监测节点A的激素1水平将会从工作状态的较高水平逐渐降低到休眠状态的正常水平，即监测节点A在目标1离开自身监测范围后会退出对目标1的监测状态，此时如图3c，监测节点A的监测范围内又出现了新的目标T2，此时监测节点A可以作为一个空闲监测节点对目标进行捕捉，并进入对目标2的监测工作状态中。有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于生物启发的多目标动态监测系统，其特征在于：包括若干个分布式的监测节点，单个所述监测节点的监测范围半径为Rd，单个所述监测节点的可通信范围半径为Rc，其中满足Rd＞Rc，各相邻监测节点之间相互通信连接；单个所述监测节点包括休眠状态和唤醒状态，单个所述监测节点在唤醒状态下自动收集并跟踪处理范围半径Rd内突然出现的目标动态信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于生物启发的多目标动态监测系统，其特征在于：包括若干个分布式的监测节点，单个所述监测节点的监测范围半径为Rd，单个所述监测节点的可通信范围半径为Rc，其中满足Rd＞Rc，各相邻监测节点之间相互通信连接；单个所述监测节点包括休眠状态和唤醒状态，单个所述监测节点在唤醒状态下自动收集并跟踪处理范围半径Rd内突然出现的目标动态信息。2.根据权利要求2所述的一种基于生物启发的多目标动态监测系统，其特征在于：若干监测节点在稳定状态下的期望唤醒比例预设为P，每个监测节点将P作为自我调控时的参考目标。3.根据权利要求2所述的一种基于生物启发的多目标动态监测系统，其特征在于：每个所述监测节点上设置一个激素浓度池，每个激素浓度池里面包含活跃激素池和休眠激素池，两种激素作为监测节点之间信息传递的媒介，分别是活跃激素AHx和休眠激素SHx；设定t时刻Ni监测节点的激素浓度水平表示为Hcx(i,t),监测节点的浓度切换门限表示为Switch-Hcx；监测节点Ni根据下式来判断自己的工作状态：t时刻监测节点Ni向Nj发送的唤醒激素或休眠激素分别表示为AHx(i,j,t)和SHx(i,j,t)，满足：对于监测节点Ni，其在t时刻收到的SH和AH对其激素浓度Hc(i,t)的取值按照如下规则变化：Hc(i,t)＝Hc(i-1,t)+ΔAH+ΔSH其中AH和SH互相拮抗，即ΔAH＝-ΔSH；采用基于概率的激素发送方式，监测节点Ni在t时刻发送的SHx和WHx的概率为PSH(i,t)和PWH(i,t)，其中PSH(i,t)和PWH(i,t)满足：PSH(i,t)+PAH(i,t)＝1，PAH(i,t)，PSH(i,t)∈[0，1]。4.根据权利要求3所述的一种基于生物启发的多目标动态监测系统，其特征在于：唤醒监测节点激素发送概率的调节过程，当环境监测信息输入后，唤醒监测节点首先判断感测范围内是否具有监测目标存在，如果有目标存在，对其进行编号，每个监测节点设定一个目标标识，表示为：无目标时，监测节点对自己发送SH调节自身激素水平，然后监测节点通过本轮接收到的其他监测节点发送的激素来估计自身管理区域内的监测节点唤醒比例为：则该监测节点用其与网络整体唤醒期望值P进行比较，得到两者误差：ε(i,t)＝P′(i,t)-P同时设定一个概率阈值Δ，当|ε(i,t)|≤Δ时，Ni将WH和SH的概率设定为同一值，维持网络稳定；只有当|ε(i,t)|>Δ时，网元才调整激素发送的概率，若ε大于0，则下一工作循环应提高SH的发送概率，反之提高WH的发送概率；监测区域有目标时，首先对目标进行编号，编号之后的所有活跃激素和休眠激素都采用与目标同样的编号。编号方式如下：当identifying＝1，令X＝1，若已有X＝1，则令X＝X+1；监测节点Ni首先对自己发送AHx，同时尽可能的唤醒周边监测节点。为实现这一目标，监测节点Ni将发送概率PAH(i,t)设定为1；确定AHx的发送范围为Rwk＝min(Rc,2Rd)；设定自我管理区域的监测节点唤醒率P′可调节，当监测节点监测到目标后根据自身的AH激素水平对P′进行调节，使得监测节点可以最大限度的唤醒其管理区域内其他网元。在请求处理完毕以后通过1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：华翔，姜冰清，孙一阳，董兆鑫，雷斌，李晓艳，郭锦，谢勤，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61