[发明专利]基于节点预状态的无线传感器故障检测算法

说明书

本发明涉及一种基于节点预状态的无线传感器故障检测算法，网络中的每个节点首先根据时间相关性的特点，通过对传感器节点历史数据的处理，对传感器节点的状态进行初步诊断，再根据节点间的空间相关性原理，通过与邻居节点所感知的数据进行比较，从而确定节点的最终状态，并将测试状态为正常的节点的状态向网络中其他节点进行扩散。当节点出现固定值故障、瞬时故障和故障率过高时都有很好的诊断率。仿真结果表明，本章所提出的故障诊断算法有效地减少了节点间的通信代价和能量消耗，从而延长了无线传感器网络的生存周期。

技术领域

本发明涉及无线传感器技术领域，尤其涉及一种基于节点预状态的无线传感器故障检测算法。

背景技术

无线传感器节点一般部署在较恶劣的环境中，极易发生故障，导致监测数据无法进行传输或监测的数据有误。管理者对错误的数据进行分析，无法做出正确的决策，导致一系列无法估计的连锁反应。因此，对无线传感器节点进行故障检测是至关重要的。

现有的传感器节点故障检测算法一般分为集中式故障检测和分布式故障检测两大类。在集中式故障检测算法中，节点将自身的监测数据经由汇聚节点通过多跳传输到基站，基站接收到信息后根据节点间数据的相似性在线对传感数据进行分类，从而实现节点的故障诊断。采用集中式故障检测算法进行故障检测，通过对传感数据进行处理，能够保证无线传感器故障诊断精度，但由于节点的感知数据需要通过多跳传输到基站，在此过程中需要消耗大量的能量，导致传感器能量被迅速的消耗，减少传感器网络的使用寿命。在分布式故障检测算法中，所有节点处于同样的地位，节点通过自身监测数据进行故障诊断，不需要将传感数据传输到基站，减少能量的消耗，延长网络寿命。由于传感器能量限制的原因，目前多运用分布式无线传感器故障诊断算法进行故障诊断。但分布式故障诊断算法多依赖于传感器节点的邻居节点数据，因此当无线传感器节点故障率较高时，节点故障诊断精度下降。

无线传感器节点由传感器模块、CPU模块、无线通信模块和电源模块4个模块组成。传感器节点被随机地部署在待检测的特定区域内，节点间以自组织的形式连接成网络。无线传感器网络可表示为无向图G(v,e)，其中G(v)是传感器节点的集合，G(e)是无线网络中边的集合。若e_ij∈G(e)，则表明节点i,j之间可以相互通信。节点间能否相互通信取决于节点间的欧几里得距离。设传感器节点i,j在监测区域的位置坐标分别为(x_i,y_i)，(x_j,y_j)，节点i,j之间的欧几里得距离当d_ij小于或等于传感器节点的传输范围T(r)时，则说明e_ij∈G(e)，且在无线传感器网络中，e_ij∈G(e)则e_ji∈G(e)。网络中的节点可以通过多跳节点与基站相互连接，将数据信息传输到基站以便管理人员进行分析。

无线传感器节点故障大体上可以分为硬故障和软故障。硬故障是指传感器节点发生硬件故障，不能进行数据采集和通信。软故障是指传感器节点能够进行数据采集，通信功能也正常，但采集到的数据有误。本文主要探究无线传感器节点软故障的检测。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种设计合理，结构简单，故障检测精确度高，能量消耗少的基于节点预状态的无线传感器故障检测算法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

基于节点预状态的无线传感器故障检测算法，其包括节点状态判断方法，所述节点状态判断方法包括以下步骤：

1)设传感器节点i,j在监测区域的位置坐标分别为(x_i,y_i)和(x_j,y_j)，且每个节点都可以存储l个时刻的数据，则时刻t的节点i存储l个历史数据根据节点i的历史数据对l个历史数据的均值E和方差S按如下公式进行计算：