一种基于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统，其特征在于：包括由嵌入式芯片、存储器、液晶显示屏、输入输出设备和总线组成的嵌入式系统；用于收集灾区环境信息的传感器模块；自重构人工免疫网络软件系统、无线通信模块、求救信号探测与定位模块及耐用电池。本发明专利技术还提供了一种应用上述系统的抗灾方法。本发明专利技术的优点是：解决传统抗灾过程嵌入式系统求救和搜救功能不强和抗灾网络缺乏自重构能力和免疫力的问题，为抗灾嵌入式系统的灾民辅助求救与互救、灾民定位与营救、抗灾网络重构与修复提供新的途径。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统及采用该系统 的抗灾方法，是一种对灾区进行灾民辅助求救与互救、灾民定位与营救、抗灾网络重构与修 复的嵌入式系统。
技术介绍
现在便携式嵌入式系统普及的趋势越来越明显，例如便携式家教辅助嵌入式系 统、便携式信息管理嵌入式系统等，而嵌入式系统网络的自重构与免疫计算本身就是一个 难题，且这方面的问题是传统嵌入式系统研究所忽视的，所以具有自重构网络特性的抗灾 嵌入式系统设计是难中之难。传统的嵌入式系统软件开发方法本质上属于非仿生的常规编程方法，传统软件开 发方法不可能模仿生物信息网络的自重构特性和免疫能力，从而在复杂多变的灾区环境中 系统的薄弱环节会造成不可挽回的重大损失。而且，嵌入式抗灾系统必须能在未知灾区环 境中独立工作，必须具有自重构和自修复的能力。在地震、洪灾、火灾和战场等危险环境中， 嵌入式抗灾系统工作的环境十分恶劣；灾民与救援队的通讯又常常是不频繁的和延时的， 这就导致专家干预有限、昂贵、慢速、不可靠或不可能，因而嵌入式抗灾系统能够自主地求 救、搜救和修复故障至关重要。人工免疫网络由人类的自然免疫网络灵感启发而来，其生物医学理论基础是免疫 网络理论、克隆选择理论、免疫耐受学说、抗体分子结构学说等。自然免疫网络的必要生物 基础是人体能根据异体的特征和位置激发相邻区域的大量免疫细胞和免疫分子，调节全身 淋巴系统的免疫能力部署，实现生物免疫网络的重构，以最大效率和最小损失为目标消除 异体，恢复机体的正常工作。但是，传统的人工免疫网络仅仅模拟特异型免疫网络机制、克 隆选择机制、免疫学习机制等，没有建立免疫网络的自重构模型，以最大限度发挥受损人工 免疫网络的主动作用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统及采 用该系统的抗灾方法。为了达到上述目的，本专利技术的一个技术方案是提供了 一种基于自重构人工免疫网 络的抗灾嵌入式智能系统，其特征在于包括由嵌入式芯片、存储器、液晶显示屏、输入输出设备和总线组成的嵌入式系统； 用于收集灾区环境信息的传感器模块；自重构人工免疫网络软件系统，其根据人工免疫网络的自重构结构和调节算法将多个 嵌入式系统连接成人工免疫网络，根据某些网络节点的求救信号和施救信号调节抗灾网络 的部署，利用其他网络节点修复受损的网络节点；无线通信模块，用于接收来自嵌入式系统及传感器模块的信号并与自重构人工免疫网 络软件系统相互通信；求救信号探测与定位模块，探测灾民求救时发出的信号源，根据可探测信号的精确位 置计算找出灾民的数字定位；耐用电池，为灾民提供足够时间的求救电子器电池供应。本专利技术的另一个技术方案是提供了一种采用上述系统的抗灾方法，其特征在于， 步骤为步骤1、灾民通过抗灾嵌入式智能系统发出求救信号；步骤2、其他灾民和救援队的抗灾嵌入式智能系统通过所述求救信号检测与定位模块 检测所述求救信号，并找到所述灾民的精确位置；步骤3、根据抗灾嵌入式智能系统网络的受损情况重构抗灾网络； 步骤4、根据灾民的状况和灾区的交通信息制定所述灾民的营救计划，通过所述无线通 信模块和所述抗灾网络调集营救设备和人员，并实施灾民营救；步骤5、对所述灾民的营救结果和所述抗灾网络的自重构结果进行存储记忆。本专利技术的优点是解决传统抗灾过程嵌入式系统求救和搜救功能不强和抗灾网络 缺乏自重构能力和免疫力的问题，为抗灾嵌入式系统的灾民辅助求救与互救、灾民定位与 营救、抗灾网络重构与修复提供新的途径。附图说明图1给出了抗灾嵌入式智能系统网络的重构算法流程图； 图2给出了抗灾嵌入式智能系统的免疫计算模型示意图3给出了基于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统的结构示意图； 图4给出了基于自重构人工免疫网络的嵌入式智能系统抗灾流程图。具体实施例方式以下结合实施例来具体说明本专利技术。 实施例本实施例以一种自行设计的自重构人工免疫网络为例，按照以下步骤构建基 于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统。1、构建自重构人工免疫网络自重构人工免疫网络软件系统是基于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统的 智能中心，具有一定的学习能力，建立在人工免疫网络、示例学习等机制的基础上。自重构 人工免疫网络软件系统负责检测、识别、学习和记忆系统异常和灾民求救信号，并对受损的 抗灾网络进行重构，进行最大限度的抗灾工作。自重构人工免疫网络软件系统由正常的关 键节点、正常的非关键节点、受损的关键节点、对受损关键节点的重构算法、免疫算法和受 损的非关键节点组成。正常的关键节点是人工免疫网络发挥正常功能的主要部分，它们包括灾民便携 的抗灾嵌入式系统、救援队便携的抗灾设备；正常的非关键节点是与网络抗灾功能无关的应用提供机器，包括常规应用程序的服务器；受损的关键节点是在灾害中受损的抗灾嵌入 式系统，也是灾民的受害信号之一，在抗灾网络中有必要针对受损的关键节点进行重构操 作；重构算法的步骤主要包括检测受损节点，判断受损的关键节点及其备用节点，将备用节 点替换受损的关键节点，根据抗灾任务重新优化人工免疫网络的配置和修复受损的关键节 点，如图1所示，其具体步骤是步骤1、检测已搭建起的抗灾网络的受损节点；步骤2、依次判定所述受损节点是否为关键节点，如果此受损节点不是关键节点，就进 入步骤5，如果此受损节点是关键节点，进入步骤3 ；步骤3、判定所述受损节点是否有备用节点，如果存在备用节点，就用其备用节点部分 替代所述受损节点的位置，并调整此节点的重要度权值；步骤4、根据当前抗灾任务和状况重新优化抗灾网络的配置；步骤5、屏蔽所述受损节点的输出信息链，修复该节点的软件损坏部分，将硬件受损的 节点进行硬件修理或更换；步骤6、所述受损节点修复后，将此节点再换回其原来的位置，如果所述受损节点已完 全修复，就恢复原来的网络优化配置，否则根据所述受损节点的修复程度再次调整此节点 的重要度权值，并优化抗灾网络的配置。免疫算法是实现系统异常/灾民求救信号检测、学习、灾民营救和系统修复的核 心算法，包括正常模型构建算子、自体/系统异常/灾民求救信号检测算子、未知异体学习 算子、系统异常消除算子和系统修复算子，如图2所示，其算法流程是步骤1、根据系统组件的时间属性和空间属性构建系统的正常模型，根据嵌入式抗灾系 统的属性配置构建抗灾系统的正常信号模型；自重构人工免疫网络软件系统的正常状态由 其所有文件的正常状态唯一确定，也就是说只有当其全部文件的状态都是正常的时，整个 自重构人工免疫网络软件系统的状态才是正常的；只要有一个文件的状态是异常的，整个 自重构人工免疫网络软件系统的状态就是异常的；步骤2、根据待测组件的时间属性和空间属性检测系统异常，根据嵌入式抗灾系统的正 常信号模型检测灾民求救信号；自体的检测率P(Ih)和异体的检测率PCa)分别表示为卿=生Sj嶋二 ^Sn式中，已检测的自体个数为&，已检测的异体个数为 ，自体的总数为&。步骤3、根据系统异常和灾民求救信号的可测特征识别异常和求救信号的类型，对 于无法归类的未知异常和未知求救信号，进入步骤4，否则进入步骤6 ；步骤4、根据免疫学习规则和示例学习方法寻找与待识别异体最相似的已知异体，利用 待测异体的已识别特征和待识别特征，判定未知异本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自重构人工免疫网络的抗灾嵌入式智能系统，其特征在于：包括由嵌入式芯片、存储器、液晶显示屏、输入输出设备和总线组成的嵌入式系统；用于收集灾区环境信息的传感器模块；自重构人工免疫网络软件系统，其根据人工免疫网络的自重构结构和调节算法将多个嵌入式系统连接成人工免疫网络，根据某些网络节点的求救信号和施救信号调节抗灾网络的部署，利用其他网络节点修复受损的网络节点；无线通信模块，用于接收来自嵌入式系统及传感器模块的信号并与自重构人工免疫网络软件系统相互通信；求救信号探测与定位模块，探测灾民求救时发出的信号源，根据可探测信号的精确位置计算找出灾民的数字定位；耐用电池，为灾民提供足够时间的求救电子器电池供应。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚涛，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]