[发明专利]冗余模块的自修复无线传感网络系统及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自修复无线传感网络系统及其实现方法，尤其涉及一种冗余模块的自修复无线传感网络系统及其实现方法。

背景技术

无线传感器网络是由大量自由分布的、具有计算和通信功能的传感器节点通过自组织方式协同通信以完成特定功能的智能网络系统，具有高可靠、易部署和可扩展等优点，是当前研究的重点方向之一。无线传感器一般被长时间部署在很广泛的地理区域内，在使用时存在以下安全隐患：1、网络易于受到地势地貌和气候条件等外部环境因素变化的影响，造成通信中断；2、由于节点本身能量有限、工作环境恶劣，有可能造成节点失效；3、传感节点通常部署在无人维护的环境当中，因而每个节点都是一个潜在的被攻击点，都能被攻击者进行物理和逻辑攻击；此外，由于应用任务的变化，用户可能赋予无线传感器系统新的功能需求。在很多应用环境中，对传感器系统的维护十分困难甚至不可维护，因此研究无线传感器网络的鲁棒性是其研究的一个重要方向。

在已有的研究中，无线传感器节点的硬件都是固定的，除非将节点从传感器网络中移开并且重新设计节点的软硬件系统，否则节点在布置完毕后就再也不能改变其配置。在网络节点失效情况下，现有的节点无法进行自身硬件的重构和自修复，目前所采用的方法主要是舍弃该失效节点，这将带来不必要的浪费和网络覆盖范围的缩小。因此节点能自主地检测和修复故障至关重要。

从1992年瑞士联邦工学院提出仿生硬件的概念以来，仿生自修复已经成为国内外的研究热点之一，国外主要在理论与应用基础方面取得了不少研究进展，国内主要集中在数字电路的编码方案、可进化门级、模拟电路原理等。而将仿生自修复用于无线传感网络系统的研究还是空白。无线传感器节点由于具有体积小、集成度高的特点，传统的容错与系统功能恢复方法(基于板级重构技术的故障检测、故障定位、硬件冗余)难以实现。而现场可编程阵列由于具有可重构特性，为设计新型容错系统、实现系统故障自修复提供了灵活的手段和平台。但对于高精度要求的无线传感网络节点，由于现场可编程阵列内部阵列单元精度相对较低，不能满足要求，须采用精度较高的硬件冗余模块，结合可编程阵列，利用可编程阵列集成度高的特点，减小传统开关切换所引起的误差和节点的体积，实现节点的动态重构和自修复。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术存在的缺陷提出一种冗余模块的自修复无线传感网络系统及其实现方法。

本发明冗余模块的自修复无线传感网络系统，包括冗余模块、故障检测诊断模块、动态控制模块、故障检测信号线、故障诊断信号线和n个节点工作模块，其中冗余模块包括n个冗余节点工作模块，故障检测诊断模块由故障诊断电路串接微处理器组成，动态控制模块由控制模块和可编程模拟阵列组成，可编程模拟阵列包括n个I/O模块、n个冗余I/O模块和n个开关S；n个节点工作模块的输出端分别通过故障检测信号线接故障诊断电路的输入端，故障诊断电路的输出端通过故障诊断信号线分别与n个节点工作模块电连接，微处理器的输出端接控制模块的输入端，控制模块的输出端接可编程模拟阵列的输入端，n个节点工作模块中：第一节点工作模块依次串接第一I/O模块、第一开关S1、第一冗余I/O模块和第一冗余节点工作模块，第二节点工作模块依次串接第一I/O模块、第二开关S2、第二冗余I/O模块和第二冗余节点工作模块，……第n节点工作模块依次串接第n I/O模块、第n开关Sn、第n冗余I/O模块和第n冗余节点工作模块，其中n为自然数。

所述的冗余模块的自修复无线传感网络系统的实现方法，包括以下步骤：

(1)将微处理器发出的测试信号依次经过故障诊断电路、故障诊断信号线分别输出至n个节点工作模块；

(2)采用故障诊断电路通过故障检测信号线接收n个节点工作模块输出的测试信号，将测试信号经过故障诊断电路得到检测信号；

(3)采用微处理器接收步骤(2)所述的检测信号并将上述检测信号与微处理器中存储的基准信号比较得到实际误差信号：当实际误差信号小于微处理器中存储的基准误差信号，则无异常返回步骤(1)；当实际误差信号大于微处理器中存储的基准误差信号，则有异常微处理器输出相应故障单元的自动修复信号，故障单元即发生故障的节点工作模块；

(4)将步骤(3)所述的相应故障单元的自动修复信号经过控制模块得到切断信号；

(5)采用可编程模拟阵列接收步骤(3)所述的切断信号：

当第一节点工作模块发生故障，则可编程模拟阵列通过第一I/O模块切断第一节点工作模块与无线传感网络的连接并通过闭合第一开关S1将第一冗余节点工作模块接入无线传感网络；