[发明专利]一种无线传感器网络节点故障检测方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种改进的无线传感器网络节点故障检测方法，通过网络内邻居节点间的数据交换和相互测试，检测出故障节点。

背景技术

无线传感器网络是由部署在监测区域内的大量低成本微型传感器节点，通过无线通信方式组成的多跳自组织网络系统，具有多功能、低能耗的特点，其目的是合作地感知、采集和处理网络覆盖区域中对象的信息，并发送给观察者进行处理和分析。节点故障检测作为无线传感器网络的关键技术之一，是无线传感器网络大多数应用领域中不可或缺的环节。

无线传感网络综合了传感器、嵌入式计算、现代网络、无线通信、分布式智能信息处理等技术，可在无人值守的状态下长期工作，在军事国防、抢险救灾、工业控制、环境监测、医疗监护、智能交通等许多领域都有重要的应用价值和广阔的市场前景。

发生故障的传感器节点会降低整个传感器网络的服务质量，研究无线传感器网络的节点故障检测方法是一件非常重要和有必要的工作，原因如下：

(1)大量的廉价节点部署在不可控、恶劣的甚至敌对的环境中，传感器节点发生故障的概率相对于其它系统发生故障的概率要高得多；

(2)无线传感器网络的应用领域日益广泛，一些对安全性要求极高的场合也配置了传感器网络，如核反应堆监测，这类应用场合下的传感器节点故障检测显得尤为重要；

(3)手工检测各节点是否正常，是非常麻烦且不现实的；

(4)故障节气会产生错误数据，使监控中心无法得到正确的监控信息，严重时会使整个网络崩溃；

(5)节点通常由电池供电，能量有限，传感器节点因电池耗尽而失效是非常普遍的。

无线传感器网络中节点的状态可分为两种：正常和故障。故障是“永久”和“静态”的，所谓“永久”是指故障节点将持续故障直到该节点被维修或替代，所谓“静态”是指在节点故障检测过程中不产生新故障。无线传感器网络节点故障通常由以下原因引起：制作工艺、环境因素、敌方攻击等造成的节点通信、传感等模块故障；节点电池能量耗尽；由于节点移动，脱离了整个网络的通信范围。

典型的传感器节点软故障检测方法有：DFD(节点故障检测)、WMFD、Collaboration Diagnosis、Bayesian Diagnosis等。其中，DFD无线传感器网络节点故障检测方法有以下缺点：待检测节点的邻居节点数较少或网络中节点发生故障的概率较大时，故障检测精度将迅速降低；应用于待检测节点的邻居节点数较多的传感器网络时，才有较高的故障检测精度。

由于DFD节点故障检测算法对某个实际状态为正常的节点S_normal而言，若其邻居节点中初步检测状态为LG的节点数小于Num(Neighbor(S_normal))/2，则会将S_normal错误地检测为故障节点，从而降低故障检测精度。其根本原因在DFD节点故障检测算法将实际状态为正常的节点正确地检测为“正常”的条件过于苛刻。并且，当待检测节点的邻居节点数较少或网络的节点故障率较大时，节点故障检测的精度将迅速降低。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，提出一种改进的节点故障检测方法，使其能适用于网络节点总数和待检测节点的邻居节点数较少、节点故障率较高的传感器网络，且提高故障检测精度。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是分以下步骤实现的：

(1)对任意节点S_i，取Neighbor(S_i)中的任意节点S_j，得到d_ij^t，同时置C_ij＝0，其中Neighbor(S_i)为节点S_i的邻居节点集合，C_ij为两相邻节点S_i与S_j根据它们各自所感知的数据产生的一个测试结果。

(2)若|dijt|>θ1,]]>置C_ij＝1，转至Neighbor(S_i)中的下一个节点；