一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法，通过感知类智能体、计算类智能体、决策类智能体和执行类智能体有效表征物联网系统各节点关键组件的性能特征与退化特征，实现对物联网单节点内和多节点间功能逻辑关系和失败演化路径的有效描述，反应物联网自主性与协同性驱动下的功能重构策略，进而准确评价物联网系统可靠性。步骤如下：构建感知、计算、决策和执行类智能体用于描述物联网各节点关键组件；基于物联网自主性与协同性的系统功能逻辑关系构建；基于物联网自主性与协同性的系统功能重构策略构建；运行物联网系统可靠性仿真模型并评价系统任务可靠度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法
所属

[0001]本专利技术属于可靠性工程
，具体涉及一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法。

技术介绍

[0002]随着物联网应用和相关技术的快速发展，物联网系统的单个节点被赋予了感知、计算、决策和执行等多个功能，以自主完成既定任务。例如：智能无人机群中的无人机，以及智慧仓储物流中的智能无人小车等等。其中，感知部分用于测量和收集来自设备和环境的数据；计算部分用于处理数据以获得有价值的结论；决策部分负责依据相关结论给出实时指令；执行部分则向用户提供定制化的服务或操作。同时，物联网系统不同节点间的功能组件也可以紧密协作，以便满足更为复杂的任务需求，进而维持整体网络的健康平稳。
[0003]在物联网系统运行过程中，组件故障将导致节点失去相应的功能，进而带来经济损失、任务失败以及环境污染等不良影响。为了最大限度弱化上述危害，在物联网自主性与协同性的驱动下，系统的部分重构行为将在感知、计算、决策和执行功能间展开。具体而言，物联网的自主性表现在动态调整系统单个节点内的功能逻辑关系，协同性则体现在修正系统不同节点间的信息和资源共享过程。然而，现有的可靠性建模方法并不适用于充分表征物联网系统的自主性和合作性特征，以及感知、计算、决策和执行功能带来的潜在故障影响，进而无法准确评价物联网系统的可靠性。因此，为弥补上述不足，本专利技术提出了一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法，能够有效描述物联网系统的自主性与协同性特征，体现系统节点感知、计算、决策和执行功能带来的潜在故障影响，进而准确评价物联网系统可靠性。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法，主要包含以下步骤：
[0007]S100：构建感知、计算、决策和执行类智能体用于描述物联网各节点关键组件；
[0008]S200：基于物联网自主性与协同性的系统功能逻辑关系构建；
[0009]S300：基于物联网自主性与协同性的系统功能重构策略构建；
[0010]S400：运行物联网系统可靠性仿真模型并评价系统任务可靠度。
[0011]步骤S100中，依据感知、计算、决策和执行功能对物联网系统各节点所含关键组件进行种类划分，同步构建感知类智能体、计算类智能体、决策类智能体和执行类智能体实现对各关键组件性能特征和退化特征的提取与描述；
[0012]步骤S200中，依据物联网系统自主性特征，依次建立单节点内智能体交互机制，以描述系统各节点的功能逻辑关系；同时，依据物联网系统协同性特征，跨节点建立关联智能体的交互机制，以描述系统多节点间的功能逻辑关系；
[0013]步骤S300中，结合各类智能体的退化特征，描述组件故障在感知、计算、决策和执行功能间的失败演化路径，以反应单个节点的故障发生过程；并根据物联网系统自主性特征，构建单个节点功能重构策略，用于约束部分功能丧失的情况下，单节点内功能逻辑关系的动态调整；同时，通过多节点功能逻辑关系，定义多节点间的失败演化路径，包括功能故障在节点间的直接传播以及不同节点间的功能冗余备份；并根据物联网系统协同性特征，定义多节点间功能重构策略，用于约束跨节点功能逻辑关系的动态调整；
[0014]步骤S400中，明确物联网系统任务目标与任务成功性能判据；多次运行物联网系统多智能体仿真模型，统计系统性能达标次数k并计算系统任务可靠度R＝k/M，式中M为仿真模型总运行次数。
[0015]与现有建模方法相比，本专利技术带来的有益效果是：借助本专利技术开发的考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法，在智能体建模技术的支撑下，通过感知类智能体、计算类智能体、决策类智能体和执行类智能体有效表征物联网系统各节点关键组件的性能特征与退化特征，实现对物联网单节点内和多节点间功能逻辑关系和失败演化路径的有效描述，反应物联网自主性与协同性驱动下的功能重构策略，进而准确评价物联网系统可靠性。
附图说明
[0016]图1为本专利技术提供的一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法流程图；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的智能体无人机集群可靠性建模架构图；
[0018]图3为本专利技术实施例提供的无人机感知类智能体(定位模块)失败演化路径示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例提供的无人机定位模块故障情况下的智能无人机集群重构过程。
具体实施方式
[0020]下面将参照附图1至附图4详细地描述本专利技术的具体实施例。虽然论述了本专利技术的具体实施例，然而应当理解，可以通过各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的信息完整的传达给相关领域的技术人员。
[0021]本专利技术实施例提供了考虑自主性与协同性的智能无人机集群系统可靠性建模方法，流程图如图1所示，包括：
[0022]S100：依据感知、计算、决策和执行功能对无人机的关键组件进行种类划分，同步构建感知类智能体、计算类智能体、决策类智能体和执行类智能体实现对无人机关键组件性能特征和退化特征的提取与描述。
[0023]例如：某智能无人机集群用于执行区域侦查任务，共含3个编队9架无人机，编队具体配置为{3,3,3}。无人机关键组件包括：姿态监控模块、定位模块、导航模块、飞控模块与动力装置等。其中，姿态监控模块与定位模块负责感知无人机飞行姿态与空间坐标的相关数据，导航模块用于分析无人机的各项飞行参数，飞控模块依据飞行参数生成控制指令，动
力装置则根据飞控指令作出相应操作。
[0024]如图2所示智能无人机集群可靠性建模架构图，构建感知类智能体用于描述无人机姿态监控模块与定位模块，构建计算类智能体用于描述导航模块，构建决策类智能体用于描述飞控模块，构建执行类智能体用于描述动力装置，进而实现对无人机各关键组件性能特征与功能特征的提取与表征。
[0025]S200：依据智能无人机集群自主性特征，依次建立无人机内部智能体交互机制，以描述无人机的功能逻辑关系；同时，依据智能无人机集群协同性特征，建立不同无人机的智能体交互机制，以描述无人机之间的功能逻辑关系。
[0026]例如：在无人机内部，决策类智能体(飞控模块)将与执行类智能体(动力装置)建立单向交互机制，决策类智能体将向执行类智能体发送动态消息，以控制无人机的动力输出。同时，依据智能无人机集群协同性特征，同一编队无人机的感知类智能体(定位模块)将建立双向交互机制，进而实现坐标参数的实时共享，以便完成侦查任务。
[0027]S300：结合各类智能体的退化特征，描述组件故障在感知、计算、决策和执行功能间的失败演化路径，以反应单个无人机的故障发生过程；并根据智能无人机集群的自主性特征，构建单个无人机的功能重构策略，用于约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法，其特征在于，包括：S100：构建感知、计算、决策和执行类智能体用于描述物联网各节点关键组件；S200：基于物联网自主性与协同性的系统功能逻辑关系构建；S300：基于物联网自主性与协同性的系统功能重构策略构建；S400：运行物联网系统可靠性仿真模型并评价系统任务可靠度。2.根据权利要求1所述的一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法，其特征在于：在S100所述“构建感知、计算、决策和执行类智能体用于描述物联网各节点关键组件”中，依据感知、计算、决策和执行功能对物联网系统各节点所含关键组件进行种类划分，同步构建感知类智能体、计算类智能体、决策类智能体和执行类智能体实现对各关键组件性能特征和退化特征的提取与描述。3.根据权利要求1所述的一种考虑自主性与协同性的物联网系统可靠性建模方法，其特征在于：在S200所述“基于物联网自主性与协同性的系统功能...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯强，郭星，王自力，任羿，杨德真，孙博，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：