海事监控传感网络中节点协同机制下的事件检测方法研究

In the field of maritime safety and security, traditional information collection methods have revealed the limitations of limited types of information sources, insufficient refinement degree of information expression and high cost of networks. Thus, our focus is on the systematic study about the theory and methods of event detection based on node collaborative scheme in maritime surveillance sensor networks, which is rely on the deep analysis of the information services demands in maritime safety and security domain. Aimed at guaranteeing the accuracy, comprehensiveness and timeliness of sensory information, scientific issues focusing on two points, i.e. the availability of event information quality and effectiveness of node collaborative scheme, are majorly discussed. Furthermore, in order to fulfill the efficiency extraction of semantic maritime event information, the research includes three aspects: event modeling based on the spatio-temporal characteristics of node-leveled maritime sensory information, node co-scheduling strategy based on assuring event information quality of applying incomplete information Markov decision theory, fault-tolerant event detection methods based on node information contribution model of employing the Weighted method and Bayesian approach. Finally, our work synthetically utilizes the methods of discrete-event simulation software and prototype experimental system to verify the proposed theory, methods and algorithms. It has important theoretical and practical significance on the systematic formation of event detection theory in maritime surveillance sensor networks and the implement of applying IOT(Internet of Things) technology to the engineering field of maritime safety and security.

针对海事安全保障领域传统信息采集手段存在信源种类有限、信息表达精细化程度不足、网络代价较高等局限性，在深入分析海事安全保障领域信息服务需求的基础上，系统研究海事监控传感网络中基于节点协同策略的事件检测理论与方法。研究以信息感知的精准性、全面性和及时性为目标，重点从事件信息质量可用性和节点协同有效性两个角度探讨其中关键科学问题。研究主要包括：将在分析节点级海事传感信息时空特征基础上构建事件模型，利用不完全信息条件下Markov决策理论研究事件信息质量保证下的节点协同调度策略，采用权值理论和贝叶斯方法探讨基于节点信息贡献度模型的事件检测容错方法，最后实现富含语义的海事事件信息的有效提取。研究将综合运用离散事件仿真软件和原型实验系统等手段对提出的理论、方法和算法进行验证性研究。本研究对系统形成海事监控传感网络事件检测理论，推动物联网技术在海事安全保障领域工程化应用等方面具有重要的理论和现实意义。

海事监控环境具有地域广、感知分散、种类繁多、部分目标动态性强等特点，同时网络中节点也受自身能量、处理能力等方面的限制，这些因素加大了检测海事事件的难度。然而准确、高效地检测海事环境中的事件，是保障海事安全的关键。因此，本资助项目面向海事安全保障领域，在深入分析海事安全领域信息服务需求的基础上，系统研究了海事监控传感网络中节点协同调度和容错事件检测的理论与方法。研究在以下几个方面取得了创新性研究成果：首先，介绍了海事监控传感器网络的特点、组成和面临挑战，就国内外发展现状进行了总结，并针对网络环境构建了事件模型；然后，通过调研海事环境以及无线信号的传输特性，分析监控网络的拓扑特征，结合无线传感网络的时空相关特性，建立评价节点感知信息的信任度模型；接着研究工作从海事传感网络拓扑覆盖模型、节点协同调度等方面入手，综合运用智能算法、博弈论等，围绕海事传感网络覆盖节能性和节点协同调度的有效性之间的平衡问题展开研究，最终实现海事场景下的网络节点有效覆盖；最后以建立海事监控网络的多源事件检测方法为目标，在分析海事特性对监控网络事件检测过程影响的基础上，提出一种基于网络拓扑特征的局部事件检测方法，进一步利用多源信息的表达与融合方法，对监控网络的复合事件决策方法进行研究。此外本项目综合运用了MFC编程、数据库等技术搭建了一套船载监控传感网络的原型系统。项目研究内容和成果一方面探索了海事监控传感网事件模型，得出有针对性的设计方法，获得重要的理论性成果；另一方面也提出了一些实用性结论和协同容错算法，为进一步应用性研究提供依据。