基于云边融合环境的异常探测方法技术

本发明专利技术为一种基于云边融合环境的异常探测方法，包括步骤一、筛选出m个对事件起决定作用的主属性；步骤二、将探测区域划分为多个子区域，通过邻居子区域合并构建空间索引树；利用空间索引树查询事件的主属性信息，并将主属性信息发送至边缘节点进行异常判断；步骤三、单个边缘节点的异常探测；步骤四、利用社会意识关系进行异常边缘节点的邻居边缘节点的异常探测；步骤五、当边缘层将异常子区域的主属性信息都上传到云层后，云做出决策。该方法利用社会意识关系存在的交互判断异常边缘节点的邻居边缘节点是否发生异常，有助于引导异常节点发现可能异常的邻居边缘节点，拓展了异常探测的范围，进一步提高了异常探测的准确性。进一步提高了异常探测的准确性。进一步提高了异常探测的准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于云边融合环境的异常探测方法


[0001]本专利技术属于物联网
，具体涉及一种基于云边融合环境的异常探测方法。

技术介绍

[0002]为了保障民生安全以及网络安全，异常探测在物联网中显得尤为重要，在物联网环境中进行异常探测已经成为社会安全发展必不可少的一项工作。随着物联网技术迅速发展，智能家居、可穿戴设备以及用于环境监测的外部设备都为异常探测提供了可靠的技术支撑。而边缘计算的发展为物联网环境中的时间紧迫型异常探测任务带来了更多的便利，边缘计算主要通过靠近数据源的边缘层对数据进行处理，以减少设备层直接将数据传输到云的时间延迟以及能量消耗。
[0003]诸多国内外学者利用边缘计算在异常探测领域进行了大量的研究，Y.Peng等
[1]提出了一种多源多维的数据异常探测模型，利用分层边缘计算模型进行异常探测，首先设计了一种基于模糊理论的单源数据异常检测算法，该算法在传感器端和基站端对连续时刻的数据监测值进行检测；其次提出了一种在基站端执行的多源数据异常检测算法，该算法对具有位置相关性的传感器进行检测和综合分析，但是传感器端的数据需要全部上传到基站端，而不是选择性的上传到基站，在这一过程中需要消耗大量的能量。
[0004]X.Li,Z.Zhou等
[2]提出了一种多模态异常探测方案，将决定异常的属性分为主要属性和次要属性，其中主要属性为单个属性，而不是多个属性，这种方法在进行异常的初步判断时，容易导致误报以及传输了大量的无效数据。
[0005]前述文献均忽略了与异常边缘节点相关联的边缘节点的异常探测，导致异常探测不全面，探测结果不准确。因此，本申请提出一种基于云边融合环境的异常探测方法，利用物联网设备的社会性，在异常探测过程中结合社会意识关系对与异常边缘节点相关联的边缘节点进行异常探测，拓展了探测的范围，使探测结果更加准确。
[0006][1]Y.Peng,A.Tan,J.Wu and Y.Bi."Hierarchical Edge Computing:A Novel Multi
‑
Source Multi
‑
Dimensional Data Anomaly Detection Scheme for Industrial Internet of Things."IEEE Access,vol.7,pp.111257
‑
111270,2019.
[0007][2]X.Li,Z.Zhou,J.Tang and L.Shu."Energy
‑
Aware Anomaly Detection in Industrial Multi
‑
Modal IoT Applications."IEEE SmartWorld,Ubiquitous Intelligence&Computing,Advanced&Trusted Computing,Scalable Computing&Communications,Cloud&Big Data Computing,Internet ofPeople and Smart City Innovation,2019,pp.885
‑
890.

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供基于云边融合环境的异常探测方法。
[0009]本专利技术解决所述技术问题所采用的技术方案是：
[0010]一种基于云边融合环境的异常探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0011]步骤一、筛选出m个对事件起决定作用的主属性；
[0012]步骤二、将探测区域划分为多个子区域，通过邻居子区域合并构建空间索引树；利用空间索引树查询事件的主属性信息，并将主属性信息发送至边缘节点进行异常判断；
[0013]步骤三、单个边缘节点的异常探测；
[0014]通过式(5)计算每个主属性的权重：
[0015][0016]其中，ω
f
为第f个主属性对于事件A的权重，f＝1,2,
…
,m；
[0017]令第f个主属性的实际感测值为z
f
，则通过式(6)的加权融合公式得到融合值w；
[0018][0019]将融合值与阈值范围比较，若融合值位于阈值范围内，表明该边缘节点管理的子区域未发生异常；若融合值不在阈值范围内，表明该边缘节点管理的子区域发生异常，则执行步骤四和五，同时边缘节点将该子区域的主属性信息上传到云层做进一步分析；
[0020]步骤四、利用社会意识关系进行异常边缘节点的邻居边缘节点的异常探测；
[0021]步骤五、当边缘层将异常子区域的主属性信息都上传到云层后，云做出决策。
[0022]步骤四具体为：两个边缘节点之间存在通信行为，从社会意识关系角度来说这两个边缘节点之间存在交互并形成交互链，则异常边缘节点与邻居边缘节点之间进行交互形成交互链link，通过识别交互链link的状态判断邻居边缘节点是否受到影响；若交互链link＝1，表明交互链状态正常，说明邻居边缘节点未受到异常边缘节点的影响；若交互链link＝0，表明交互链状态异常，说明邻居边缘节点受到异常边缘节点的影响，则该邻居边缘节点收集所在子区域内主属性信息，执行步骤三探测邻居边缘节点管理的子区域是否发生异常，若发生异常则边缘设备将该子区域的主属性信息上传至云层作进一步分析，若未发生异常则不需要上传主属性信息。
[0023]步骤二具体为：假定在物联网场景中部署了各种各样的探测设备，依据各个探测设备的通信半径将探测区域划分为多个子区域，子区域应该满足两个条件：(1)子区域内包含事件A的m个主属性；(2)子区域包含的设备数量多于相邻子区域；
[0024]构造空间索引树的具体过程为：当两个邻居子区域同时满足条件(1)和(2)时，两个邻居子区域能够合并；当两个邻居子区域满足条件(1)而不满足条件(2)时，两个邻居子区域能够合并；当两个邻居子区域不满足条件(1)而满足条件(2)时，则需要将这两个邻居子区域与各自的邻居子区域合并，直至合并后的子区域内探测设备能够探测事件A的m个主属性；
[0025]当探测事件A是否发生异常时，边缘节点向设备层发送主属性信息查询请求q＝{Rg,PAttr}，Rg表示查询区域，PAttr＝{pa1,pa2,
…
,pa
m
}表示主属性信息；主属性信息查询首先从空间索引树的根节点开始搜索，判断根节点是否包含主属性信息；若包含，则搜索根节点的孩子节点，若根节点的孩子节点不包含主属性信息，则主属性信息位于根节点所代表的子区域，即将查询区域定位到根节点所代表的区域；若根节点的孩子节点包含主属性
信息，则将继续搜索孩子节点的孩子节点，直到孩子节点不包含主属性信息，则查询结束，查询区域定位到不包含主属性信息的孩子节点的上一代节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于云边融合环境的异常探测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、筛选出m个对事件起决定作用的主属性；步骤二、将探测区域划分为多个子区域，通过邻居子区域合并构建空间索引树；利用空间索引树查询事件的主属性信息，并将主属性信息发送至边缘节点进行异常判断；步骤三、单个边缘节点的异常探测；通过式(5)计算每个主属性的权重：其中，ω
f
为第f个主属性对于事件A的权重，f＝1,2,
…
,m；令第f个主属性的实际感测值为z
f
，则通过式(6)的加权融合公式得到融合值w；将融合值与阈值范围比较，若融合值位于阈值范围内，表明该边缘节点管理的子区域未发生异常；若融合值不在阈值范围内，表明该边缘节点管理的子区域发生异常，则执行步骤四和五，同时边缘节点将该子区域的主属性信息上传到云层做进一步分析；步骤四、利用社会意识关系进行异常边缘节点的邻居边缘节点的异常探测；步骤五、当边缘层将异常子区域的主属性信息都上传到云层后，云做出决策。2.根据权利要求1所述的基于云边融合环境的异常探测方法，其特征在于，步骤四具体为：两个边缘节点之间存在通信行为，从社会意识关系角度来说这两个边缘节点之间存在交互并形成交互链，则异常边缘节点与邻居边缘节点之间进行交互形成交互链link，通过识别交互链link的状态判断邻居边缘节点是否受到影响；若交互链link＝1，表明交互链状态正常，说明邻居边缘节点未受到异常边缘节点的影响；若交互链link＝0，表明交互链状态异常，说明邻居边缘节点受到异常边缘节点的影响，则该邻居边缘节点收集所在子区域内主属性信息，执行步骤三探测邻居边缘节点管理的子区域是否发生异常，若发生异常则边缘设备将该子区域的主属性信息上传至云层作进一步分析，若未发生异常则不需要上传主属性信息。3.根据权利要求1所述的基于云边融合环境的异常探测方法，其特征在于，步骤二具体为：假定在物联网场景中部署了各种各样的探测设备，依据各个探测设备的通信半径将探测区域划分为多个子区域，子区域应该满足两个条件：(1)子区域内包含事件A的m个主属性；(2)子区域包含的设备数量多于相邻子区域；构造空间索引树的具体过程为：当两个邻居子区域同时满足条件(1)和(2)时，两个邻居子区域能够合并；当两个邻居子区域满足条件(1)而不满足条件(2)时，两个邻居子区域能够合并；当两个邻居子区域不满足条件(1)而满足条件(2)时，则需要将...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏凌霄，汤金娥，顾军华，张亚娟，秦泰山，卢昕明，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：