[发明专利]一种面向无线传感网络的容错事件边界检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种面向无线传感网络的容错事件边界检测方法。

背景技术

无线传感网络由大量低功耗、高性价比的传感节点组成，在部署之后能够自组织的形成无线网络系统。无线传感网络主要用于监测、探测、报告部署区域内发生的异常状况，尤其像森林火灾、有毒化学物品泄漏等危险事件。随着人们对无线传感网络技术的重视，事件边界检测已成为无线传感网络的重要应用之一。

文献[Chintalapudi K K,Govindan R.Localized edge detection in sensor fields.Ad Hoc Networks,2003,1(2-3),pp.273-291]探讨了事件边界检测可采用三类方法：基于统计的方法、基于图像处理的方法和基于分类的方法。基于统计的方法是计算某节点邻居中事件判定为1（有事件）的节点数目与事件判定为0（无事件）的节点数目之差，如果差值绝对值较小，则该节点可能处于事件边界。基于图像处理的方法是将传感节点看作整幅图像中的一个像素，将其测量值视为对应像素的亮度或色彩信息，然后通过滤波器仅仅保留图像中高频率的点，并计算这些点的测量值沿不同方向的梯度，计算所得结果较大者即为边界节点。基于分类的方法是在小区域内用经过某节点的随机曲线将邻居节点划分为两部分。通过计算找到使两侧传感节点集合测量值差异最大的曲线，可以得到事件的边界划分。但文献只是对上述三种事件边界检测方法的思想进行了阐述，并没有相应的实现算法和结果。

无线传感网络往往应用在一些恶劣的环境下，且节点廉价，节点不可避免的会出现故障。为了增强传感网络的可靠性以及检测的准确率，事件边界检测之前必须检测故障节点，并校正故障节点的测量数据，即考虑算法容错。

通常基于传感数据的空间相关性来识别故障节点。如果某单一节点的测量数据有大的变化，而周围节点的数据没有异常，即说明此节点发生故障。如果周围的多数节点都感知到这个显著的变化，则有事件发生。

文献[Chen J,Kher S,Somani A.Distributed Fault Detection of Wireless Sensor Networks.In Proc.of the 2006 Workshop on Dependability Issues in Wireless Ad Hoc Networks and Sensor Networks,ACM New York,NY,USA，2006，pp.65-72]提出了一种局部投票算法，利用“少数服从多数”的规则选出故障节点。算法中，某节点的测量值在单位时间内相对于邻居节点测量平均值的变化剧烈程度作为投票表决的依据。若变化较大，则有理由认为该节点属于故障节点；反之为正常节点，采用的是基于平均值的故障检测方法。

文献[Bhaskar Krishnamachari,Sitharama Iyengar.Distributed Bayesian Algorithms for Fault-Tolerant Event Region Detection in Wireless Sensor Networks,IEEE Trans.Computers,March 2006,Vo1.53,No.3,pp:241-250]采用基于中值的故障检测方法，首先收集邻居节点的测量值，计算其中值，比较判定邻居节点集合内的故障节点。

文献[李桂丹，孙雨耕，刘丽萍，张强，杨挺，分布式无线传感器网络容错事件边界检测，计算机工程与应用，2009，45(17)：28-32]提出了一种分布式的容错事件边界检测算法。算法是基于邻居节点传感数据的中值，经过比较识别故障节点；在去除故障节点后，正常的节点依据传感数据的空间相关性，利用阈值比较，统计邻居节点在事件区域的节点数目，若该数目大于预先设定的定值，断定节点处于事件边界，即是基于统计的方法。

中国专利[申请号：2011103448073，专利名称:一种无线传感网络故障检测方法及事件检测方法]，该专利所涉及的节点故障检测方法是现有的基于中值的故障检测方法；事件边界检测方法是基于统计的方法，首先根据邻居节点的测量值与设定的阈值进行比较，把邻居节点分成两个节点集合，统计集合内节点个数，大于某设定的值即为事件边界节点。这两个方法分别在每个节点中执行，综合两个方法判定的结果进一步确定是故障节点还是事件边界节点。该专利中，两个方法分别执行，故障节点参与到事件边界检测方法中会影响事件边界检测的效果。