[发明专利]无线传感器网络的故障恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线传感器网络技术领域，具体涉及一种无线传感器网络的故障恢复方法。

背景技术

目前的无线传感器网络的故障恢复技术主要是基于单个节点(指传感器节点)的故障恢复技术和基于分块区域的故障恢复技术。基于单个节点的故障恢复技术考虑的是在同一时间只有单个传感器节点发生故障。基于分块区域的故障恢复技术是指在多个节点同时发生故障的情况下采取的策略，需要把被故障分块的网络孤立子区域连接起来。

基于单个节点的故障恢复技术主要有用邻居节点替换该故障节点，在故障节点本身采取措施等。

公开号为CN102111789A的中国发明专利申请，是利用冗余节点替代故障节点。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。在故障节点本身采取措施的技术如公开号为CN101848478A的中国发明专利申请。该方法包括步骤：服务端启动后，开启监听进程监听故障报警信息；节点启动后，向服务端发送启动消息；服务端根据所述节点发送的启动消息，维护节点信息表；节点判断自身是否发生故障，如果发生故障，节点判断故障级别，并根据故障级别进行相应处理。

单个节点的故障恢复技术并不适合多个节点同时发生故障的情况，即由于灾难性的破坏所造成的大片节点不能正常工作，整个网络被分成了多个孤立区域的情况。因为这些方法所依赖的邻居节点都有可能同时出现故障，在这种情况下，恢复网络的策略就有可能失效。

为克服单个节点的故障恢复技术的缺陷，可以采取基于分块区域的恢复技术。基于分块区域的恢复技术解决的是网络由于严重灾难被分成许多孤立区域的情况下，如何恢复网络连通性的问题。该技术只需考虑将这些被孤立的网络子区域重新连接起来就可以达到实现恢复网络连通性的目的。在连接孤立区域的过程中，通常利用具有移动性的转置节点作为中间站，彼此交换各自所属孤立区域之间的信息。基于分块区域的故障恢复技术主要的算法有DORMS，包括3个步骤：转置节点的初始化布置、转置节点数目的优化，转置节点的重新布置。但是这种办法需要将所有分块区域的转置节点移动到中心，而边缘区域的转置节点需要移动较长距离才能到达目的地，因此需要耗费节点大量的能量。而且优化转置节点的过程复杂，会造成恢复过程时间过长。

可以看出，现有故障恢复技术具有如下缺陷：

(1)不能解决多个节点同时发生故障的问题。公开号为CN102111789A的中国发明专利申请所公开的方法虽然能够解决单个节点故障问题，但是该技术没有分析大型网络损害的范围，只适合处理小型网络中的单个节点故障问题，不能解决多个节点同时发生故障的问题。除此之外，它要求故障节点的邻居节点能够移动才能重建连通性，这种假设在很多情况下都是不实际的。而且，该技术需要依赖邻居列表中的一跳或者两跳节点，而一个较为严重的故障可能涉及多跳节点。这样，为了维持大型网络的状态就需要跨越多跳节点。又如公开号为CN101848478A的中国发明专利申请所公开的方法也只是从单个节点考虑，需要将信息上报到服务端，进而进行决策。如果多个节点同时发生故障，将会造成服务端信息拥塞。而且当多个节点发生故障时，无法保证故障节点到服务端的路径上的通信质量，将会造成服务端决策失误。

(2)转置节点移动距离过远，消耗能量过多，恢复时间过长。DORMS算法虽然解决了网络由于灾难性的破坏分成若干孤立子区域的情况下的故障问题，但是一般都是考虑将各个区域的转置节点代表移动到网络监测区域中心来交换信息。对于离监测区域中心较远的孤立区域而言，它的转置节点代表需要花较长的时间和较多的能量才能到达指定位置。这样的话，当网络规模较大时，就有较多的节点需要移动较长的距离，导致整个网络能量消耗过多和恢复时间过长，从而影响网络的生命周期和通信质量。因此，恢复方法中减少节点移动距离对于故障恢复过程有重大意义。

(3)现有的故障恢复技术算法比较复杂。公开号为CN102111789A的中国发明专利申请所公开的方法和DORMS算法都需要进行最优化过程，恢复过程比较复杂。在实际网络节点规模比较大的情况下，故障恢复的时间比较长，已经失去故障恢复的意义。

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：如何提供一种适用于在被灾难性破坏造成分块的大型网络环境下恢复节点故障的方法，能够在较短的时间内使用尽可能少的能量恢复网络的连通性。