1.一种基于图神经网络的传感器网络数据异常判决方法,其特征在于,包括如下步骤:n×m
1)对传感器网络数据进行图建模:假设传感器网络数据为X=[x1,x2,...,xm]∈R ,其n
中xi∈R ,i=1,2,...,m为当前传感器网络中的n个传感器在i时刻所获取的数据,C={(a1,b1),(a2,b2),...,(an,bn)}为传感器网络中n个传感器各自的坐标组成的集合,其中ai为纬度,bi为经度, i=1,2,...,n,据此,构建出图G={V,E,W},其中V为图中结点的集合,对应传感器网络中的各个传感器,E为边的集合,边用于描述节点之间的相似与邻接关系,W为权重矩阵,权重矩阵内部元素表示对应两个节点是否有空间上的联系,定义如公式(1)所示:在公式(1)中,R为阈值,阈值根据传感器网络所获取的数据与地理位置之间的联系调整,dij=dgeo((ai,bi),(aj,bj))表示i,j两个结点所对应的传感器的地理距离,其中dgeo采用半正矢公式即Haversine公式计算得出,dgeo定义如公式(2)所示:公式(2)中,r表示地球半径为6371km;
2)采用图卷积网络提取图模型中的空间特征:多层图卷积神经网络GCN依据公式(3)逐层传播:
公式(3)中, A为图G的邻接矩阵,IN为单位矩阵,为A的度矩阵,定义如式(4)所示:
1 0 1
H表示第l层的激活矩阵,对于输入层H =X; W是一个特定的可训练的权重矩阵,σ()代表激活函数,采用两层图卷积网络层提取传感器网络数据中的空间特征,公式(5)为本图卷积网络的前向传播模型:
公式(5)中, xt为步骤1)中所述的传感器网络中的n个传感器在t时刻所获取的数据, 为图卷积神经网络对当前时刻的数据提取的空间特征,其中n为传感器数量,将传感器网络m个时刻的数据及传感器网络的权重矩阵W输入至该图卷积神经网络得到 为m×n×2的三维数据,代表了该传感器网络在m个时刻的空间特征;
3)采用门控循环单元提取图模型中的时间特征:门控循环单元GRU具有两个门,分别为重置门和更新门,更新门用于控制前一时刻的状态信息被带入到当前状态中的程度;重置门则用于控制忽略前一时刻的状态信息的程度,门控循环单元的内部如公式(6)所示:公式(6)中,*表示哈达玛积Hadamard product,定义如公式(7)所示:Cij=Aij×Bij (7),在公式(7)中,A,B为同阶矩阵,xt是当前节点的输入,即t时刻n个传感器所采集的数据;
Ht‑1是上一个时刻传递下来的时间特征,Ht表示当前时刻所提取的时间特征;σ()为sigmoidn×m
函数;Wz,Wr,W均为可训练的权重矩阵,将 与X∈R 连接起来构成一个m×n×3的三维数据Z,Z表示该传感器网络在m个时刻的空间特征及未经处理过的时间特征,将Z作为输入数据n×2
输入至门控循环单元内提取传感器网络的时间特征得到H={H1,H2,...,Hm},其中Hi∈R ,i=1,2,...,m,故H为m×n×2的三维数据,表示该传感器网络中的n个传感器在m个时刻的时空特征;
4)采用全连接层对提取的时空特征进行异常判决:全连接层的前向传播如公式(8)所示:
A=Wx+b (8),公式(8)中,W为可训练的权重矩阵,b为偏置,x表示输入特征,将Z为传感器网络的时空特征输入至全连接层中得到A=[A1,Az,...,Am],A是对n个传感器在m个时刻的异常判决结n×2
果,其中Ai∈R ,i=1,2,...,m,Am表示为本神经网络对m时刻n个传感器的异常判决结果。