[发明专利]无线传感器网络监控异常事件的快速容错检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络监控异常事件的快速容错检测方法，简称为FTV，适用于具有自组织特征的无线传感器网络系统，属于物联网技术领域。

背景技术

物联网用途广泛，遍及工农业生产、环境监测、现代物流、安防等多个领域。据“中国市场情报中心”预测，2013年我国物联网产业规模将达8000亿元，2020年将超过5万亿元。物联网可对物理世界与信息世界进行良好的融合，从根本上改变现有的IT系统。但是，物联网大规模产业化还需解决一些关键问题，而物联网的主要技术之一是无线传感器网络，无线传感器网络相关技术不够成熟是制约物联网实用化主要因素之一。

异常事件检测是无线传感器网络最重要的应用之一。考虑到经济可行性，无线传感器网络由大量的低端传感器节点自组织形成，节点存在有限电源能量、通信能力、计算和存储能力，一般还部署在无人值守的恶劣环境中，节点出错的可能性非常大，且要求节点能够在有限能量供给下实现对目标的长时间监控。节点出错可能会产生虚假的情报，导致无线传感器网络对监测区域内的事件产生误判。早期无线传感器网络采用直接方式进行事件检测(简称为DR方法)，即一旦有节点的监测值超过事件检测报警值，节点就会向用户报告有异常事件发生，该方法的优点是响应时间(响应时间简称为RT)快，延迟小，及时性好；其缺点是误报率较高，因为故障节点有可能在没有事件发生时，其监测值也会超过事件检测报警值，从而向用户误报有异常事件发生。

近期无线传感器网络的容错性技术成为研究热点。Krishnamachari在数学上证明了在给定的模型下，多数表决法(简称为MV方法)是一种检测异常事件和纠错的最优方法。该方法仅仅用一个比特来表示本地节点的检测结果，具有很低的能量开销。仿真结果显示在节点故障率达到10％时，85～95％的错误都能被纠正。该方法的优点是在节点故障率较低时，检测异常事件的准确率较高，误报率低，容错性较好；但是，现有的MV方法及其一系列改进方法的缺点是响应时间长，延迟大，及时性较差。因为这类方法都利用了节点的监测值具有空间相关性来实现容错，虽然提高了可靠性，但不可避免延长检测异常事件的响应时间。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述DR和MV两类方法存在的缺点，提出了一种无线传感器网络监控异常事件的快速容错检测方法(FTV)，本方法监测异常事件的准确率高、响应时间快、误报率低，能够在一般的传感器节点内运行，可广泛应用于煤矿瓦斯监测、煤层气工业、地质灾害监测、环境污染监测、安全生产监控等领域。

本发明实现上述目的所采用的技术方案如下：提供一种无线传感器网络监控异常事件的快速容错检测方法，包含以下步骤：

步骤一：本地节点获取原始监测数据并转换为二进制读数

步骤二：本地节点利用滑动窗口滤波对滤除瞬时性错误，获得初始检测结果

步骤三：由本地节点判断是否发起事件检测，若发起事件检测执行步骤四至步骤七，否则返回执行步骤一；

步骤四：本地节点接收邻居节点的及其状态根据邻居节点的状态计算本地节点多数表决的阈值为

步骤五：本地节点判断自身的与有效邻居节点的是否相同；若相同，执行加1，否则执行滑动窗口匹配机制；

步骤六：本地节点执行多数表决法判决，若则执行否则执行如果报告有异常事件发生；

步骤七：更新节点的自置信水平及节点状态后，返回步骤一，开始新一轮的事件检测。

本发明的无线传感网络监控异常事件的快速容错检测方法，所述的在步骤二中本地节点利用滑动窗口滤波对滤除瞬时性错误，是指每个传感器节点获取监测对象的原始监测数据，并根据相应的事件检测报警值λ_t将当前检测周期的监测值转化为二进制读数0或1，即二值化，然后利用滑动窗口滤除瞬时性错误，得到初始检测结果所述的初始检测结果的计算公式为：

式中，W表示滑动窗口大小；当采用多数表决法对进行校验时，只有当滑动窗口中的W个节点读数中超过一半的读数与相同时，才通过校验，初始检测结果即为反之，检验不通过，是的取反。

本发明的无线传感器网络监控异常事件的快速容错检测方法，所述的步骤五中执行滑动窗口匹配机制是指在节点n_i存储最近m个时刻的监测值A(n_i，t-m+1)，A(n_i，t-m+2)，…，A(n_i，t)将监测值序列进行差分运算转化为二进制序列

转换算法为：