[发明专利]一种分布式无线传感网络节点故障检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种分布式无线传感网络节点故障检测方法，属于无线传感网络、分布式计算的交叉技术领域。

背景技术

无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。无线传感器网络可用于环境的监测与保护、医疗护理、目标跟踪及军事侦测等领域。但由于传感器节点本身廉价、易损，节点间无线通信链路不稳定、易受干扰，通常需要直接暴露在环境中，容易受到物理、化学等外力的破坏，同时节点还受到成本与能量的限制，因而节点很容易发生故障，导致网络的监测结果不准确甚至是错误的。所以，要想得到精确的监测结果，充分发挥无线传感器网络的功能，完成特定的任务，对无线传感器网络节点故障状态的检测是必不可少的，也是值得研究的。

已有的分布式节点故障检测算法，大部分都是基于节点具有空间相关性而节点发生的故障是不相关的特点进行故障检测的。所谓的空间相关性即距离相近的传感器节点所采集的数据相同或相近。其实节点所采集的数据还具有时间相关性的特点，即传感器在短时间内所采集的数据是相似或相近的，不会发生大的变化。算法往往只利用时间相关性对节点瞬时测量值故障进行容错，没有利用这一特性对传感器节点进行初步检测。然而目前的算法往往会忽视网络的能耗，只求高精确度，低误判率。在故障检测中节点可能需要与邻节点多次通信，从而消耗大量的能量；某些故障检测算法考虑的故障类型较少，从而造成当某一类特定的节点故障增多时，算法的容错能力将会很低。如可能由于硬件特性和环境的影响，使得部分传感器节点在短时间内发生瞬时测量值故障，故障检测算法一旦检测到发生此类故障的节点，往往会将它们误认为是故障节点，进而增大了节点的误判率，降低了节点的利用率，其实这种类型的节点只是在某一时刻或某几个时刻发生了故障，在大部分的时间内，这种节点仍然是正常的。此外，某些故障检测算法没有充分利用传感器节点采集数据的特点，仅仅利用传感器网络具有的空间相关性的特点来实现故障检测，使得算法的复杂度较高。

所以急需一种既具有较好故障检测性能又具有较低能耗的分布式传感器节点故障检测算法，算法能够较好的适用于各种类型的故障节点的环境下，并且算法的复杂度较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种分布式无线传感网络节点故障检测方法，具有更强的故障检测能力以及较低的能耗。

本发明方法的思路是首先通过建立矩阵来检测节点所采集的数据是否稳定，来初步判断节点的故障状态；对于没有检测出故障的节点，再利用其邻节点的信息判断节点的最终状态。具体而言，本发明采用以下技术方案解决上述技术问题。

一种分布式无线传感网络节点故障检测方法，所述分布式无线传感网络包含N个传感器节点，该故障检测方法包括以下步骤：

步骤1：当N个传感器节点中的第i个节点                                                在t时刻采集数据后，获取其最新采集的q个数据，并根据式（1）建立矩阵M：

                      （1）

其中，，表示节点在时刻的测量值；

步骤2：对于矩阵M中的每一行，利用式（2）计算： 

                     （2）

其中；

步骤3：根据式（3）纠正t时刻的值，并将其他任一时刻为0的测量值作为t时刻的测量值；

                       （3）

步骤4：根据式（4）对节点状态进行初步判断：

                       （4）

其中表示节点为可能正常节点，表示节点为故障节点；

步骤5：判断节点是否为无线传感器网络中第N个节点，若是，则从第一个节点开始执行步骤6；否则，令并转至步骤1；

步骤6：若节点的初始故障状态，则执行步骤7，否则，获取其相邻节点中初始故障状态为的测量值，若节点相邻节点中初始故障状态的节点的个数为，则根据式（5）、（6）判断节点的最终状态：

                       （5）

其中，

    （6）

若=0则认为节点的状态为正常节点，否则为故障节点；

步骤7：若节点为无线传感器网络中第N个节点，算法结束；否则令并执行步骤6。