信息物理融合系统过程数据流处理关键技术研究

【摘要】：信息物理融合系统是融合了计算、通信和物理控制的多维复杂系统,将计算、交互、控制技术巧妙融合来实现大型工程系统的信息服务、实时感知和动态控制。信息物理融合系统有着广泛的应用：健康护理、精准农业、航空监控等等。信息物理融合系统一般是使用在大型工程中,如何从这工程产生的数据流中检测出事件进而控制实物是信息物理融合系统需要解决的问题。信息物理融合系统信息与物理的交互决定了信息世界所面临的数据在数量上是巨大的,且对物理世界的控制是以时间为特征的多对象的控制。能否对巨量的信息数据进行高效地检测处理是实现信息和物理世界的关键。复杂事件检测技术是利用事件属性间的关联、代数操作运算和各种匹配规则使信息物理融合系统中的数据流得到过滤。对信息物理融合系统过程数据流的检测问题,本文开展了如下研究：(1)针对信息物理融合系统海量数据流量大而难以及时处理的问题,提出了一种基于Hash结构的Petri网复杂事件检测方法,该算法不但可以减少大量的回溯操作,而且可以免去大量的重复查找操作,仿真结果显示,所提的方法在检测时间,内存消耗和吞吐量方面与现有的方法相比有较显著的效果。(2)针对信息物理融合系统海量数据流具有较大的乱序性而导致难以及时判定的问题,提出了基于改进Petri网与Hash结构的复杂事件检测方法,该算法解决了因检测乱序海量数据流时乱序事件间内在组成结构难以构成和内在关联关系难以确认而导致的难以及时判断复杂事件的问题,仿真结果显示,所提的方法在内存消耗,吞吐量和检测时间方面能够较显著地提高乱序事件流检测的效率。(3)针对物理信息融合系统中可能出现的强不确定事件,提出了一种面向信息物理融合系统海量不确定性数据流有向无环图结构复杂事件检测方法；该算法有效改善了检测不确定数据流时因组合数量太大而难于及时检测问题的影响,降低内存消耗,提高事件吞吐量,提高系统的稳定性。(4)针对信息物理融合系统中具有情节规则约束的事件流,提出了一种基于情节规则树的复杂事件检测算法,该算法能有效减少不满足约束的原子事件和中间结果检测,能够较大程度地节省复杂事件检测的代价,提高检测的速度。本课题对信息物理融合系统中多源数据流,乱序数据流,不确定数据流和特定情节规则数据流分别展开了研究,对信息物理融合系统中占绝大部分的数据流类型都进行了深入分析,通过仿真实验我们得出所提出的方法对于对应的数据流效果是比较好的。