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
技术领域：
本发明涉及一种无线传感网络故障检测方法及事件检测方法，主要用于解决在部分传感器节点发生故障时，无线传感网络在事件与事件边界检测中出现的容错能力与能耗问题，属于无线传感网络、分布式计算的交叉技术领域。
背景技术：
从20世纪70年代以来，容错在超大规模集成电路、分布式系统、数据库和互联网等领域得到了充分的重视。容错的内容包括部件可信性、容错体系结构、软件可信性、可信性验证与评估等多方面。到20世纪90年代，软件容错的问题被提了出来，进而发展到网络容错。
无线传感网络中的容错技术是指网络中的一部分节点发生故障时，网络仍然能够完成指定的任务。无线传感网络不仅自身容易发生故障，而且它还容易受到外界环境的影响，因此需要有效的容错技术来满足其可靠性的要求。
已有的容错事件检测方法，部分仅仅是对故障节点的检测，或者是在故障检测的基础上进行的事件或者事件边界检测，采用这些方法往往会忽略在某一特定的情况下，算法检测的性能。如在一般的事件检测算法中，往往会忽略事件边界节点，认为这些节点占少数而不加以考虑，特别是在事件区域较大时，这些节点的数量也会较多，算法很容易将这些节点误判为故障节点，从而导致网络的容错性能下降；部分故障检测算法，在一次故障检测中可能需要多次邻节点间的通信，消耗大量的节点能量；有些事件边界检测算法一旦对某一节点进行了误判，就认为该节点为故障节点，很难再对该节点重新判决，对其进行纠正， 从而造成网络节点的利用率下降及网络资源的浪费；有些故障检测算法考虑的故障类型较少，从而造成当某一类故障增多时，算法的容错能力将会很低。发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术不足，提供一种无线传感网络故障检测方法及事件检测方法，具有良好的容错能力。
本发明的无线传感网络故障检测方法，包括以下步骤步骤1、对于无线传感网络中的每一个传感器节点执行故障检测算法，并返回执行结果故障或正常节点；步骤2、执行事件边界检测算法，并返回执行结果边界节点与非边界节点；对于在步骤1中返回结果为故障的节点，如时间边界检测算法返回的结果为边界节点，则判定其为正常节点；如时间边界检测算法返回的结果为边界节点，则判定其为故障节点。
本发明的故障检测方法首先利用现有的各类故障检测算法进行初步的故障检测， 然后利用事件边界检测算法对初步的故障检测结果进行修正，从而得到更准确的故障检测结果。
上述故障检测方法中的故障检测算法可采用现有的各种故障检测算法，例如基于中值的故障检测算法、基于平均值的故障检测算法等，本发明优选基于中值的故障检测算法，具体如下根据下式判断节点A在t时刻是否为故障节点0,其他式中，y\ = 1表示节点Si在t时刻为故障节点，Zi = ι表示节点Si在t时刻为正常节点， 表示节点巧的邻域内所有的左个节点在 时刻采集到的数据集合4 =j Zf0，舄 ，…，i的中值， ,鸡，…、式“)分别是 时刻节点巧，％，…，％^:1所采集到的数据，其中4表示节点Si的邻节点 在t时刻采集到的数据，j =
权利要求
1.一种无线传感网络故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、对于无线传感网络中的每一个传感器节点执行故障检测算法，并返回执行结果故障或正常节点；步骤2、执行事件边界检测算法，并返回执行结果边界节点与非边界节点；对于在步骤1中返回结果为故障的节点，如时间边界检测算法返回的结果为边界节点，则判定其为正常节点；如时间边界检测算法返回的结果为边界节点，则判定其为故障节点。
2.如权利要求1所述无线传感网络故障检测方法，其特征在于，所述故障检测算法为基于中值的故障检测算法，具体如下根据下式判断节点Α在t时刻是否为故障节点
3.如权利要求1所述无线传感网络故障检测方法，其特征在于，所述边界检测算法具体如下假设A表示节点A的测量值，节点巧的邻域内共有k个节点，約，^分别为正常区域与事件区域的期望特征值；对于节点巧的邻域内节点的测量值~(/ = 1...勾，若满足条件&-巧|、终，则将该节点的测量值分到集合A中，若满足条件则将该节点的测量值分到集合B中，到节点的k个邻节点的测量值被划分完毕时，若最终结果满足就认为该节点为事件边界节点，否则为非事件边界节点；其中 mm(|j|卞1)2；!表示集合A、B中元素个数的最小值，a ,珥，马是用户根据不同的应用定义的正整数，Λ为预设的边界检测阈值。
4.如权利要求3所述无线传感网络故障检测方法，其特征在于，所述边界检测阈值Λ 根据下式确定
5. 一种无线传感网络事件检测方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1、对于无线传感网络中的每一个传感器节点，在其采集数据的开始时刻，首先判 断该节点所具有的能量是否小于预设的最小能量门限值，如是，表示该节点能量不足，将该 节点的可信度调整为最小值并通知基站；否则转步骤2 ；步骤2、使用权利要求1-4任一项所述无线传感网络故障检测方法进行故障检测； 步骤3、若步骤2返回的结果为故障节点，则将该节点的可信度进行减1操作，直到减到 最小值为止，并在可信度为最小值时通知基站，表示该节点为故障节点；否则若节点的可信 度未达到最大值，则将该节点的可信度进行加1操作，直到加到最大值为止；步骤4、执行如下的事件检测算法，若此时该节点的可信度小于最大值，则不采用该节 点检测的结果，并将该节点其排除在外其他当滑动窗口只有一个数据时，若此时刻万就认为有事件发生，否则没有事件发生；当 滑动窗口中的数据多于一个并且小于窗口大小时，如果在滑动窗口的数据中检测为万的 个数大于万功的个数，则认为此时刻有事件发生，否则没有事件发生；当滑动窗口满时，如 果滑动窗口内的数据检测为万的个数超过(，则认为此时刻有事件发生；其中6表示节点可能的状态，滅为正常传感器节点在正常区域内的期望函数值，，为正常传感器节点在事件区域内的期望函数值，路为传感器节点巧在I时刻的测量值，0为不大于滑动窗口大小的正整数；步骤5、重复执行步骤4，直到I是的整数倍时转至步骤1，其中I为网络运行时 间，I为滑动窗口大小，18为节点采样周期。
全文摘要
本发明公开了一种无线传感网络故障检测方法。本发明的故障检测方法首先利用现有的各类故障检测算法进行初步的故障检测，然后利用事件边界检测算法对初步的故障检测结果进行修正，从而得到更准确的故障检测结果。本发明还公开了一种无线传感网络事件检测方法，首先利用本发明故障检测方法进行故障检测，然后利用时间相关性进行事件检测，通过调整滑动窗口的大小实现对传感网络能耗的控制；同时采用了节点可信度动态调整机制，节点根据网络环境的变化，自动的调整节点可信度的大小。本发明能够根据不同的应用需求自动调节网络的能耗，并且具有较强的容错能力，能够完成事件的检测、预警及确定事件区域的大小，使得无线传感网络具有较长的寿命。
文档编号H04W24/04GK102547812SQ20111034480
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月4日 优先权日2011年11月4日
发明者吴家兴, 孔媛媛, 徐小龙, 李梦娥, 李玲娟, 杨庚, 杨李婷, 王皓, 耿卫建, 许雁飞 申请人:南京邮电大学