[发明专利]低能耗高效的无线传感器网络节点故障自检测系统

说明书

技术领域：

本发明涉及一种网络节点故障检测系统，尤其涉及一种低能耗高效的无线传感器网络节点故障自检测系统。属于无线传感器网络节点检测技术领域。

背景技术：

目前，无线传感器网络应用广泛，无线传感器网络节点因其自身的局限性以及经常布置在恶劣的环境中导致无线传感器网络节点故障频发。虽然该领域有很多故障检测的措施、架构和协议等，但是这些仅仅局限于宏观的无线传感器网络故障检测；而对于无线传感器网络节点并没有一个行之有效的方法对其进行故障检测，更没有一个成熟的系统在能够实现故障检测的同时当部分重要功能模块出现故障后进行自修复。无线传感器节点不仅携带着各种传感器以实现感知各种环境信息的功能，而且节点自身具有信号收发功能、对指令的处理功能和组网功能等。功能越复杂的无线传感器网络节点成本也就越高，因此如何配置一个无线传感器网络节点的故障检测系统，以实现对重要模块的自检测及时的察觉故障，对部分故障的功能模块进行自修复使节点的生命周期得到最大地延长。这对于降低无线传感器网络的部署成本以及网络维护和网络的可靠性具有非常重要的意义。

发明内容：

本发明为了解决无线传感器网络节点因其自身的局限性以及经常布置在恶劣的环境中导致无线传感器网络节点故障频发的情况，目前还不具备快速对无线传感器网络节点出现故障的症结定位以及对部分故障还无法达到自修复的技术问题，提供了一种低能耗高效的无线传感器网络节点故障自检测系统，它包括主电源供电模块、备用电源模块、传感器模块、信号放大模块、射频发射模块、故障状态指示模块、射频发射装置故障检测模块、射频故障指示灯模块、实时时钟模块、故障信息存储模块及故障诊断芯片以及手持故障检测模块；该系统以故障诊断芯片为核心，接收来自传感器模块、电源供电模块以及射频发射模块中的射频发射装置故障信息检测模块，所进行的周期性采集网络节点的状态信息，由故障诊断模块对上述各个模块上传的信息进行分析，并根据诊断结果按照故障状态、危险警告或正常状态转入相应的处理机制；由故障诊断模块将诊断出的除射频发射模块以外的所有模块的故障信息发送给射频发射模块中的MCU，已设定的帧格式将故障信息进行打包逐级上传至Sink节点以达到通知网络管理人员及时修复和排除故障的目的；收到故障信息的Sink节点会向全网络的无线传感器网络节点广播该故障信息，其他正常的网络节点在收到故障节点的故障信息后会更新路由表，孤立故障节点使信息流不在经过该故障节点以达到节约网络其他节点能耗的目的；直到修复故障节点后由网络的Sink节点向全网络广播更新路由表的命令，使网络中各个节点更新路由表后重新连入被修复的故障节点；对危险警告信息，由故障诊断模块将警告信息从故障诊断芯片传递至射频发射模块内的MCU，之后射频发射模块采用已设定的帧格式对警告信息进行打包封装并逐级上传至Sink节点通知网络管理员，以达到在无线传感器网络节点切实的发生故障前将潜在的故障排除，使网络节点正常的运行提高网络的鲁棒性。

本发明的有益效果与特点：能对节点的故障进行自我检测和预防；当故障发生后能采取有效的自修复措施补救故障带来的损失；以及采取新型的故障检测机制加快故障的排除，有效地减少网络因故障导致的损失，极大地节约了网络的建设成本与维护成本。

（1）无线传感器网络节点能周期性的进行自检测及时的发现故障，并采取有效地措施将故障信息上传，使故障能及时的得到维修。

（2）当网络管理人员得知故障后可以携带手持故障检测模块对故障节点进行迅速定位找到节点的位置，并通过读取故障信息存储模块中的信息迅速确定故障的症结，能达到有的放矢的快速排除故障使节点能尽快的加入网络。

（3）通过对故障状态的程度划分分为故障状态和警告状态。警告状态可以达到向网络管理人员示警该节点即将出现故障，能达到对即将发生的故障进行排除使节点不进入故障状态，保持节点正常的工作。

（4）对于节点中的重要模块提供了故障自动修复的机制，当该模块出现故障时可以激活节点中的备份模块替代该模块进行工作，极大地延长了节点的生命周期和提高了网络的鲁棒性。

附图说明：

图1系统模块结构框图

图2故障诊断芯片电路原理图

图3主电源供电模块电路原理图

图4备用电源模块和射频故障指示灯模块电路原理图

图5故障信息存储模块电路原理图

图6实时时钟模块电路原理图

图7故障状态指示模块电路原理图

图8射频发射模块电路原理图