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無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)
隨著社會(huì)的發(fā)展與不斷進(jìn)步，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)得到廣泛應(yīng)用，但是由于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的能量具有制約性，導(dǎo)致無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用環(huán)境比較脆弱，下面YJBYS小編為大家搜索整理了關(guān)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)，歡迎參考閱讀，希望對(duì)大家有所幫助!想了解更多相關(guān)信息請(qǐng)持續(xù)關(guān)注我們應(yīng)屆畢業(yè)生培訓(xùn)網(wǎng)!
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成的，因?yàn)閭鞲衅鞴?jié)點(diǎn)廉價(jià)和微型的特點(diǎn)，促使無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)節(jié)點(diǎn)的利用率非常高，尤其是在無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)區(qū)域，在自組織方式的參與下，以互相協(xié)作的形式完成無(wú)線傳感器的監(jiān)測(cè)任務(wù)，所以其應(yīng)用的前景也是非常廣闊的，但是傳感器節(jié)點(diǎn)的工作能力是有限的，難免會(huì)發(fā)生系統(tǒng)故障。
1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障評(píng)價(jià)指標(biāo)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)是以無(wú)線傳感器的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為基礎(chǔ)制定的，其標(biāo)準(zhǔn)主要體現(xiàn)在診斷精度、特殊環(huán)境診斷精度、能效性以及診斷時(shí)間四個(gè)方面。
診斷精度。無(wú)線傳感器故障診斷精度是診斷機(jī)制對(duì)故障最直接的評(píng)價(jià)方式，特別是在網(wǎng)絡(luò)安全性較高的環(huán)境中，如果不能保障故障診斷的精確度則會(huì)導(dǎo)致傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)出現(xiàn)安全漏洞，同時(shí)意味著此故障診斷精度的失效，診斷精度主要是以一次過(guò)程為故障診斷的依據(jù)，分析被診斷的節(jié)點(diǎn)狀態(tài)與實(shí)際節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的相符程度，診斷精度中故障誤報(bào)率和故障識(shí)別率為評(píng)價(jià)故障的兩個(gè)指標(biāo)。
特殊環(huán)境診斷精度。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在特殊環(huán)境中的應(yīng)用是有特定的診斷精度的，例如自然災(zāi)害、人為破壞等特殊環(huán)境因素，由于故障的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的分布不均勻，可能會(huì)出現(xiàn)故障區(qū)域節(jié)點(diǎn)的過(guò)分疏散或者是節(jié)點(diǎn)的過(guò)分密集等現(xiàn)象，普通的診斷精度是不適應(yīng)的，所以只能采取特殊環(huán)境的診斷精度對(duì)故障進(jìn)行評(píng)價(jià)。
能效性。受無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量供應(yīng)方面的影響，能效性成為故障診斷評(píng)價(jià)機(jī)制中需要最先考慮的問(wèn)題，能效性比較強(qiáng)的故障診斷機(jī)制可以促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)使用壽命的延長(zhǎng)，以便保障傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)、計(jì)算方面能量的持續(xù)供應(yīng)，與能效性有直接關(guān)系的因素有數(shù)據(jù)通信、處理和采集三方面。
診斷時(shí)間。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)投入使用后，如需進(jìn)行故障診斷需要對(duì)傳感器中節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)作性判斷，主要是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)呈現(xiàn)激活狀態(tài)的數(shù)量比較多，如果節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)聯(lián)系性的故障一定會(huì)對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)造成巨大的能耗壓力，所以節(jié)點(diǎn)故障診斷的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)。
2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷分類(lèi)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障主要來(lái)源于傳感器的節(jié)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在四個(gè)模塊上，分別為能量電池供應(yīng)模塊、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信模塊、傳感處理模塊和傳感器模塊，基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行和使用，其組成元件、部件會(huì)出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題，如干擾通信、線路老化、電能耗損以及接線松動(dòng)等等，引發(fā)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障。
2.1 節(jié)點(diǎn)級(jí)別的故障
節(jié)點(diǎn)級(jí)別的故障主要是發(fā)生在傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)處，大部分故障主要是傳感器的節(jié)點(diǎn)本身出現(xiàn)了問(wèn)題，其又可分為節(jié)點(diǎn)軟故障和節(jié)點(diǎn)硬故障，軟故障是指節(jié)點(diǎn)在不影響無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的前提下發(fā)生故障，只有對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送和測(cè)量時(shí)，可瞬間影響通信的故障;硬故障是指對(duì)節(jié)點(diǎn)本身以及對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)造成的直接損害，例如節(jié)點(diǎn)本身?yè)p壞、電源布置不合理或電源能量不足都會(huì)造成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障。
2.2 網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的故障
網(wǎng)絡(luò)級(jí)別的故障是指無(wú)線傳感器的節(jié)點(diǎn)本身是正常的，但是在節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的傳輸、協(xié)作方面上出現(xiàn)制約性問(wèn)題，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接異常、通信受阻、信息丟失、IP偏差、非法入侵等等，此故障的出現(xiàn)是直接作用于網(wǎng)絡(luò)的，其故障的表現(xiàn)極其明顯，而且故障出現(xiàn)的速度非�？欤绊懛秶容^廣，屬于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)中相對(duì)較為敏感的故障。
2.3 功能級(jí)別的故障
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)功能級(jí)別的故障對(duì)于整體網(wǎng)絡(luò)都是存在影響的，如出現(xiàn)功能級(jí)別的故障會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中匯集點(diǎn)不能正常接收和收集網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的全部信息，引起功能級(jí)別故障的原因主要有傳感器節(jié)點(diǎn)的重啟、死亡和失效，鏈接線路故障以及路由裝置故障等。
2.4 數(shù)據(jù)級(jí)別的故障
數(shù)據(jù)級(jí)別的故障是指?jìng)鞲衅鞴?jié)點(diǎn)表現(xiàn)正常，但是傳達(dá)了錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息，致使網(wǎng)絡(luò)形成錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)感知，數(shù)據(jù)級(jí)別故障的隱蔽性比較強(qiáng)，只有經(jīng)過(guò)精細(xì)的檢測(cè)才可發(fā)現(xiàn)傳感器節(jié)點(diǎn)傳遞了錯(cuò)誤的感知數(shù)據(jù)，因?yàn)榧词构?jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)傳遞錯(cuò)誤，但是其本身的表現(xiàn)形式是沒(méi)有任何問(wèn)題的，因此無(wú)形中降低了無(wú)限傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行性能，而且會(huì)錯(cuò)誤的引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)管理員檢查維修。
3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷主要是針對(duì)其投入使用的期間，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳遞的信息進(jìn)行分析，判斷無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是否發(fā)生故障，根據(jù)故障發(fā)生的狀態(tài)檢測(cè)導(dǎo)致故障發(fā)生的基本根源，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷是一項(xiàng)復(fù)雜而又系統(tǒng)的工程項(xiàng)目，基于其所處的環(huán)境以及自身運(yùn)行的特點(diǎn)決定了故障診斷的難度，為降低診斷的難度，一般情況在進(jìn)行故障診斷時(shí)需要以傳感器各個(gè)節(jié)點(diǎn)日常的測(cè)量數(shù)據(jù)為主，以節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)母郊有畔檩o，促進(jìn)故障診斷的效率。
無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷的指標(biāo)為傳感器高質(zhì)量的服務(wù)和能量的有效保護(hù)，而故障診斷策略的衡量指標(biāo)主要有錯(cuò)誤警報(bào)率和檢測(cè)率，其中錯(cuò)誤報(bào)警率反饋的是無(wú)效警報(bào)在診斷報(bào)告總警報(bào)中的占據(jù)比例，錯(cuò)誤報(bào)警率較低即可說(shuō)明此次診斷結(jié)果具有較高的可信度;檢測(cè)率反饋的是被檢測(cè)出的故障在網(wǎng)絡(luò)總故障中占據(jù)的比例，與錯(cuò)誤報(bào)告率相反，檢測(cè)率越高則說(shuō)明診斷策略的有效性比較高。目前對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)的研究主要以傳感器的故障、場(chǎng)景類(lèi)型為中心，對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)的功能、讀數(shù)故障進(jìn)行探討，分析無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)。
3.1 傳感器節(jié)點(diǎn)讀數(shù)故障的診斷技術(shù)
節(jié)點(diǎn)讀數(shù)故障的診斷技術(shù)主要是針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中錯(cuò)誤的測(cè)量數(shù)據(jù)，錯(cuò)誤數(shù)據(jù)產(chǎn)生的情況主要有外界環(huán)境干擾導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)受到安全攻擊、節(jié)點(diǎn)部件的損壞等等，針對(duì)節(jié)點(diǎn)讀數(shù)故障提出以下診斷技術(shù)。 (1)WMFDS診斷技術(shù)。此技術(shù)主要是對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間相關(guān)性的測(cè)量，越臨近的節(jié)點(diǎn)其測(cè)量結(jié)果的相似性越大，所以只能通過(guò)正常讀數(shù)的空間關(guān)系，根據(jù)此理論提出WMFDS診斷方法，主要是對(duì)兩節(jié)點(diǎn)之間的故障率、分布密度進(jìn)行分析，判斷節(jié)點(diǎn)是否出現(xiàn)問(wèn)題，此方法還可對(duì)相鄰的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行加權(quán)處理，但是此方法只可以用于具有空間相關(guān)性的節(jié)點(diǎn)讀數(shù)上。
(2)FIND診斷技術(shù)。此技術(shù)利用無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)在監(jiān)控區(qū)域具有可持續(xù)性監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，感知網(wǎng)絡(luò)的突然事件，此節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)讀取可反饋事件發(fā)生點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的距離，傳感器節(jié)點(diǎn)的信號(hào)強(qiáng)度與距離是呈現(xiàn)相反關(guān)系的，即相對(duì)距離越大，節(jié)點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度越弱，節(jié)點(diǎn)信號(hào)的強(qiáng)弱變化被稱(chēng)為單調(diào)變化特性，所以節(jié)點(diǎn)的單調(diào)特性是反饋節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)讀數(shù)故障的判斷標(biāo)準(zhǔn)，比如故障節(jié)點(diǎn)會(huì)表現(xiàn)出與相對(duì)距離單調(diào)特性相反的現(xiàn)象。
(3)CSN診斷技術(shù)。此診斷技術(shù)是有一定局限性的，主要是以移動(dòng)設(shè)備為檢測(cè)對(duì)象，利用加速器得出節(jié)點(diǎn)的地震運(yùn)動(dòng)，故障節(jié)點(diǎn)的讀數(shù)會(huì)存在閾值，此閾值與實(shí)際歷史差距比較大，通過(guò)計(jì)算機(jī)分析節(jié)點(diǎn)比例，如出現(xiàn)較高閾值則說(shuō)明此節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)了一定的問(wèn)題。
3.2 傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障的診斷技術(shù)
傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障主要表現(xiàn)在鏈路受環(huán)境因素的影響導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)可靠性降低等現(xiàn)象，針對(duì)傳感器節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障提出的診斷技術(shù)主要有以下三種：
(1)網(wǎng)絡(luò)軟件調(diào)試法。在傳感器的節(jié)點(diǎn)中采取調(diào)試代理，利用軟件的調(diào)試命令，對(duì)節(jié)點(diǎn)處的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行分析，收集節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，確定節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障的來(lái)源。
(2)特定模型推斷法。特定模型推斷法主要包括兩種，分布式和集中式的方法。分布式的診斷技術(shù)是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)，利用從局部到整體的決策方法，分布式診斷技術(shù)的代表方法有LD2和TinyD2，最終通過(guò)節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的整合，得出診斷報(bào)告;集中式的診斷技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處植入小型探測(cè)器，以便對(duì)經(jīng)過(guò)節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、分組，但是探測(cè)器對(duì)得到信息的分析能力是非常有限的，所以需要感知系統(tǒng)的參與，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)故障的細(xì)化診斷。
(3)無(wú)聲故障診斷技術(shù)。此診斷技術(shù)在三種技術(shù)中是具有一定特殊性的，其可對(duì)無(wú)經(jīng)驗(yàn)故障進(jìn)行有效診斷，例如AD診斷技術(shù)，即是比較典型的代表，通過(guò)對(duì)節(jié)點(diǎn)各類(lèi)型診斷信息之間相關(guān)性圖表的變化，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的隱藏故障，即無(wú)聲故障，此技術(shù)可提高故障診斷的準(zhǔn)確率，同時(shí)降低了故障出現(xiàn)的頻率。
綜上所述，利用無(wú)線傳感器故障診斷技術(shù)診斷無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的問(wèn)題，并對(duì)其進(jìn)行及時(shí)有效的處理，一方面可以提高無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)用效率，另一方面提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用率，所以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行在一定程度上促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的發(fā)展和提高。
綜上所述，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)的關(guān)注度是比較高的，其滲透多項(xiàng)科學(xué)技術(shù)，例如無(wú)線通信技術(shù)、傳感器技術(shù)以及信息處理技術(shù)等等，無(wú)線傳感器的研究不論是在經(jīng)濟(jì)效益上還是在社會(huì)效益上，都是具有極其重要的意義的，無(wú)線傳感器有效的網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)一方面可以提高無(wú)線傳感器的利用效率，另一方面對(duì)能源節(jié)約具有一定的實(shí)際價(jià)值。
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