無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)
隨著社會的發(fā)展與不斷進步，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用，但是由于無線傳感器節(jié)點的能量具有制約性，導(dǎo)致無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運用環(huán)境比較脆弱，下面YJBYS小編為大家搜索整理了關(guān)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)，歡迎參考閱讀，希望對大家有所幫助!想了解更多相關(guān)信息請持續(xù)關(guān)注我們應(yīng)屆畢業(yè)生培訓(xùn)網(wǎng)!
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點組成的，因為傳感器節(jié)點廉價和微型的特點，促使無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點的利用率非常高，尤其是在無線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測區(qū)域，在自組織方式的參與下，以互相協(xié)作的形式完成無線傳感器的監(jiān)測任務(wù)，所以其應(yīng)用的前景也是非常廣闊的，但是傳感器節(jié)點的工作能力是有限的，難免會發(fā)生系統(tǒng)故障。
1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障評價指標
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷的性能評價指標是以無線傳感器的網(wǎng)絡(luò)特點和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為基礎(chǔ)制定的，其標準主要體現(xiàn)在診斷精度、特殊環(huán)境診斷精度、能效性以及診斷時間四個方面。
診斷精度。無線傳感器故障診斷精度是診斷機制對故障最直接的評價方式，特別是在網(wǎng)絡(luò)安全性較高的環(huán)境中，如果不能保障故障診斷的精確度則會導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)安全漏洞，同時意味著此故障診斷精度的失效，診斷精度主要是以一次過程為故障診斷的依據(jù)，分析被診斷的節(jié)點狀態(tài)與實際節(jié)點狀態(tài)的相符程度，診斷精度中故障誤報率和故障識別率為評價故障的兩個指標。
特殊環(huán)境診斷精度。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在特殊環(huán)境中的應(yīng)用是有特定的診斷精度的，例如自然災(zāi)害、人為破壞等特殊環(huán)境因素，由于故障的節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中的分布不均勻，可能會出現(xiàn)故障區(qū)域節(jié)點的過分疏散或者是節(jié)點的過分密集等現(xiàn)象，普通的診斷精度是不適應(yīng)的，所以只能采取特殊環(huán)境的診斷精度對故障進行評價。
能效性。受無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量供應(yīng)方面的影響，能效性成為故障診斷評價機制中需要最先考慮的問題，能效性比較強的故障診斷機制可以促進網(wǎng)絡(luò)使用壽命的延長，以便保障傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、計算方面能量的持續(xù)供應(yīng)，與能效性有直接關(guān)系的因素有數(shù)據(jù)通信、處理和采集三方面。
診斷時間。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)投入使用后，如需進行故障診斷需要對傳感器中節(jié)點與節(jié)點之間的關(guān)系進行協(xié)作性判斷，主要是因為節(jié)點呈現(xiàn)激活狀態(tài)的數(shù)量比較多，如果節(jié)點出現(xiàn)聯(lián)系性的故障一定會對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)造成巨大的能耗壓力，所以節(jié)點故障診斷的時間不宜過長。
2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷分類
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障主要來源于傳感器的節(jié)點，主要表現(xiàn)在四個模塊上，分別為能量電池供應(yīng)模塊、無線網(wǎng)絡(luò)通信模塊、傳感處理模塊和傳感器模塊，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運行和使用，其組成元件、部件會出現(xiàn)各種各樣的問題，如干擾通信、線路老化、電能耗損以及接線松動等等，引發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障。
2.1 節(jié)點級別的故障
節(jié)點級別的故障主要是發(fā)生在傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點處，大部分故障主要是傳感器的節(jié)點本身出現(xiàn)了問題，其又可分為節(jié)點軟故障和節(jié)點硬故障，軟故障是指節(jié)點在不影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運行的前提下發(fā)生故障，只有對數(shù)據(jù)進行傳送和測量時，可瞬間影響通信的故障;硬故障是指對節(jié)點本身以及對傳感器網(wǎng)絡(luò)造成的直接損害，例如節(jié)點本身損壞、電源布置不合理或電源能量不足都會造成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障。
2.2 網(wǎng)絡(luò)級別的故障
網(wǎng)絡(luò)級別的故障是指無線傳感器的節(jié)點本身是正常的，但是在節(jié)點與節(jié)點之間的傳輸、協(xié)作方面上出現(xiàn)制約性問題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接異常、通信受阻、信息丟失、IP偏差、非法入侵等等，此故障的出現(xiàn)是直接作用于網(wǎng)絡(luò)的，其故障的表現(xiàn)極其明顯，而且故障出現(xiàn)的速度非�？�，影響范圍比較廣，屬于無線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)中相對較為敏感的故障。
2.3 功能級別的故障
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)功能級別的故障對于整體網(wǎng)絡(luò)都是存在影響的，如出現(xiàn)功能級別的故障會造成網(wǎng)絡(luò)中匯集點不能正常接收和收集網(wǎng)絡(luò)中運行的全部信息，引起功能級別故障的原因主要有傳感器節(jié)點的重啟、死亡和失效，鏈接線路故障以及路由裝置故障等。
2.4 數(shù)據(jù)級別的故障
數(shù)據(jù)級別的故障是指傳感器節(jié)點表現(xiàn)正常，但是傳達了錯誤的數(shù)據(jù)信息，致使網(wǎng)絡(luò)形成錯誤的數(shù)據(jù)感知，數(shù)據(jù)級別故障的隱蔽性比較強，只有經(jīng)過精細的檢測才可發(fā)現(xiàn)傳感器節(jié)點傳遞了錯誤的感知數(shù)據(jù)，因為即使節(jié)點感知數(shù)據(jù)傳遞錯誤，但是其本身的表現(xiàn)形式是沒有任何問題的，因此無形中降低了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的運行性能，而且會錯誤的引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)管理員檢查維修。
3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷主要是針對其投入使用的期間，通過對網(wǎng)絡(luò)傳遞的信息進行分析，判斷無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生故障，根據(jù)故障發(fā)生的狀態(tài)檢測導(dǎo)致故障發(fā)生的基本根源，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷是一項復(fù)雜而又系統(tǒng)的工程項目，基于其所處的環(huán)境以及自身運行的特點決定了故障診斷的難度，為降低診斷的難度，一般情況在進行故障診斷時需要以傳感器各個節(jié)點日常的測量數(shù)據(jù)為主，以節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)母郊有畔檩o，促進故障診斷的效率。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷的指標為傳感器高質(zhì)量的服務(wù)和能量的有效保護，而故障診斷策略的衡量指標主要有錯誤警報率和檢測率，其中錯誤報警率反饋的是無效警報在診斷報告總警報中的占據(jù)比例，錯誤報警率較低即可說明此次診斷結(jié)果具有較高的可信度;檢測率反饋的是被檢測出的故障在網(wǎng)絡(luò)總故障中占據(jù)的比例，與錯誤報告率相反，檢測率越高則說明診斷策略的有效性比較高。目前對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)的`研究主要以傳感器的故障、場景類型為中心，對傳感器節(jié)點的功能、讀數(shù)故障進行探討，分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)。
3.1 傳感器節(jié)點讀數(shù)故障的診斷技術(shù)
節(jié)點讀數(shù)故障的診斷技術(shù)主要是針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中錯誤的測量數(shù)據(jù)，錯誤數(shù)據(jù)產(chǎn)生的情況主要有外界環(huán)境干擾導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)受到安全攻擊、節(jié)點部件的損壞等等，針對節(jié)點讀數(shù)故障提出以下診斷技術(shù)。 (1)WMFDS診斷技術(shù)。此技術(shù)主要是對傳感器節(jié)點與節(jié)點之間的數(shù)據(jù)進行空間相關(guān)性的測量，越臨近的節(jié)點其測量結(jié)果的相似性越大，所以只能通過正常讀數(shù)的空間關(guān)系，根據(jù)此理論提出WMFDS診斷方法，主要是對兩節(jié)點之間的故障率、分布密度進行分析，判斷節(jié)點是否出現(xiàn)問題，此方法還可對相鄰的節(jié)點進行加權(quán)處理，但是此方法只可以用于具有空間相關(guān)性的節(jié)點讀數(shù)上。
(2)FIND診斷技術(shù)。此技術(shù)利用無線傳感器節(jié)點在監(jiān)控區(qū)域具有可持續(xù)性監(jiān)測的特點，感知網(wǎng)絡(luò)的突然事件，此節(jié)點的數(shù)據(jù)讀取可反饋事件發(fā)生點到節(jié)點相對應(yīng)的距離，傳感器節(jié)點的信號強度與距離是呈現(xiàn)相反關(guān)系的，即相對距離越大，節(jié)點信號強度越弱，節(jié)點信號的強弱變化被稱為單調(diào)變化特性，所以節(jié)點的單調(diào)特性是反饋節(jié)點出現(xiàn)讀數(shù)故障的判斷標準，比如故障節(jié)點會表現(xiàn)出與相對距離單調(diào)特性相反的現(xiàn)象。
(3)CSN診斷技術(shù)。此診斷技術(shù)是有一定局限性的，主要是以移動設(shè)備為檢測對象，利用加速器得出節(jié)點的地震運動，故障節(jié)點的讀數(shù)會存在閾值，此閾值與實際歷史差距比較大，通過計算機分析節(jié)點比例，如出現(xiàn)較高閾值則說明此節(jié)點出現(xiàn)了一定的問題。
3.2 傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)
傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)故障主要表現(xiàn)在鏈路受環(huán)境因素的影響導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)可靠性降低等現(xiàn)象，針對傳感器節(jié)點網(wǎng)絡(luò)故障提出的診斷技術(shù)主要有以下三種：
(1)網(wǎng)絡(luò)軟件調(diào)試法。在傳感器的節(jié)點中采取調(diào)試代理，利用軟件的調(diào)試命令，對節(jié)點處的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行分析，收集節(jié)點網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，確定節(jié)點網(wǎng)絡(luò)故障的來源。
(2)特定模型推斷法。特定模型推斷法主要包括兩種，分布式和集中式的方法。分布式的診斷技術(shù)是針對網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點，利用從局部到整體的決策方法，分布式診斷技術(shù)的代表方法有LD2和TinyD2，最終通過節(jié)點網(wǎng)絡(luò)的整合，得出診斷報告;集中式的診斷技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點處植入小型探測器，以便對經(jīng)過節(jié)點的應(yīng)用數(shù)據(jù)進行分類、分組，但是探測器對得到信息的分析能力是非常有限的，所以需要感知系統(tǒng)的參與，以此為基礎(chǔ)進行節(jié)點網(wǎng)絡(luò)故障的細化診斷。
(3)無聲故障診斷技術(shù)。此診斷技術(shù)在三種技術(shù)中是具有一定特殊性的，其可對無經(jīng)驗故障進行有效診斷，例如AD診斷技術(shù)，即是比較典型的代表，通過對節(jié)點各類型診斷信息之間相關(guān)性圖表的變化，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的隱藏故障，即無聲故障，此技術(shù)可提高故障診斷的準確率，同時降低了故障出現(xiàn)的頻率。
綜上所述，利用無線傳感器故障診斷技術(shù)診斷無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的問題，并對其進行及時有效的處理，一方面可以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運用效率，另一方面提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用率，所以無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常運行在一定程度上促進我國經(jīng)濟效益和社會效益的發(fā)展和提高。
綜上所述，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)的關(guān)注度是比較高的，其滲透多項科學(xué)技術(shù)，例如無線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)等等，無線傳感器的研究不論是在經(jīng)濟效益上還是在社會效益上，都是具有極其重要的意義的，無線傳感器有效的網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)一方面可以提高無線傳感器的利用效率，另一方面對能源節(jié)約具有一定的實際價值。
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