[发明专利]无线传感器网络的故障修复方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)技术领域，尤其涉及一种基于簇的分布式无线传感器网络的故障修复方法。

背景技术

随着无线通信技术和微电子系统的发展，无线传感器作为一种远程监控应用的解决方案出现。但是无线传感器本质是易出故障的。首先，传感器节点本身造价低、成本小，因此通常仅携带有限的资源，如能量等，容易出现因资源耗尽而发生的故障；其次，无线传感器网络部署环境大多比较恶劣，容易出现因环境导致的节点故障；再次，无线传感器节点大多大规模部署在无人干预的区域，无法通过人工替换来实现网络修复。节点故障可能会引起通信链路的中断、覆盖漏洞、网络分离等，导致应用质量下降甚至不可用。因此，WSN应当具备自修复能力，在出现故障时能从故障中恢复。

目前针对无线传感器网络故障的研究多集中于故障探测方法，例如：协作式故障探测方法、冲突故障探测方法等。

针对故障修复提出了一些故障修复框架，如基于策略的故障修复框架。均对各个模块的功能予以了详细的介绍，但是没有给出具体的修复机制。目前主要的故障修复方法就是通过重定位移动节点来保证网络的连通性和覆盖度。但是目前所提出的移动方法需要移动所有故障节点和替换节点之间的链路，能耗过大，不适用于能量有限的无线传感器网络。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明所要解决的技术问题是：如何在综合考虑网络整体状况及影响因素的情况下进行故障修复，并降低故障修复的能耗。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种无线传感器网络的故障修复方法，该方法包括步骤：

S1.基于模糊数学以及线性规划的方法，建立表征冗余节点对故障节点的隶属程度的隶属矩阵、冗余节点对故障节点的替换矩阵及其约束条件；

S2.根据所述隶属矩阵及替换矩阵，构建冗余节点替换故障节点的目标函数；

S3.基于遗传算法，选择最优冗余节点替换故障节点。

其中，在步骤S1之前还包括步骤：

A1.构建无线传感器网络簇结构，选定簇首节点；

A2.簇首节点收集簇内信息，检测当前簇是否满足覆盖要求或覆盖度是否低于预设的阈值，若是，则执行步骤S1，否则，继续执行步骤A2。

其中，步骤S1进一步包括：

S1.1 将簇内节点抽象为三元组，作为节点抽象标识；

S1.2 根据模糊数学的方法，利用所述抽象标识，构建冗余节点对替换节点的隶属函数，建立冗余节点对故障节点的隶属矩阵；

S1.3 根据线性规划的方法，建立冗余节点对故障节点的替换矩阵及其约束条件。

其中，所述组节点抽象标识为SAI＝(IDi，AFi，SFi)，其中，IDi为节点编号；AFi为节点活动功能集，表示当前节点上处于活动态的功能；SFi为节点支持功能集，表示节点支持的所有功能。

其中，步骤S1.2中，所述隶属度函数为：

μ(AFi,SFj,dij,TDj)=0,ifAFi⊂⃒SFjf(dij,TDj),ifAFi⊆SFj,]]>

其中，dij为故障节点i和冗余节点j之间的距离，TDj表示冗余节点j的信任度，f(dij，TDj)为：