一种分布式无线传感网络节点故障检测方法

摘要

本发明公开了一种分布式无线传感网络节点故障检测方法，属于无线传感网络、分布式计算的交叉技术领域。本发明方法充分利用了无线传感器网络中节点采集数据的特点：时间相关性与空间相关性，即首先利用时间相关性，检测出部分节点故障，对于没有检测出故障的节点，再利用空间相关性，通过与邻节点交换信息来确定节点的状态，最终实现对无线传感网络节点的故障检测。由于直接利用节点自身已采集的数据就可检测出某些类型的故障，在此过程中不需要节点与其邻居节点交换信息，进而减小了网络的能量消耗。使得算法在具有较好的故障检测性能的同时，又具有较低的能耗。

主权项

一种分布式无线传感网络节点故障检测方法，所述分布式无线传感网络中包含N个传感器节点，其特征在于，该故障检测方法包括以下步骤：步骤1：当N个传感器节点中的第i个节点s_i在t时刻采集数据后，获取其最新采集的q个数据，并根据式（1）建立矩阵M：$M_{\mathrm{mn}}\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if}\left(\right|x_i^m-x_i^n|\le {\xi }_1)\\ 1& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(1\right)$其中m,n={0,1,...,q‑1}，ξ₁≥0，表示节点si在j时刻的测量值；步骤2：对于矩阵M中的每一行，利用式（2）计算$C_i^r=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if}(\underset{j=t-q+1}{\overset{t}{\Sigma }}{M}_{\mathrm{ij}}<\frac{q}{2})\\ 1& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(2\right)$其中t‑q+1≤r≤t；步骤3：根据式（3）纠正t时刻的值，并将其他任一时刻为0的测量值作为t时刻的测量值；$C_i^t=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if}(\underset{r=t-q+1}{\overset{t}{\Sigma }}{c}_i^r<\frac{q}{2})\\ 1& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(3\right)$步骤4：根据式（4）对节点状态进行初步判断：$T_i=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if}(\underset{r=t-q+1}{\overset{t}{\Sigma }}{c}_i^r<\frac{q}{2})\\ 1& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(4\right)$其中T_i=0表示节点s_i为可能正常节点，T_i=1表示节点s_i为故障节点；步骤5：判断节点s_i是否为无线传感器网络中第N个节点，若是，则从第一个节点开始执行步骤6；否则，令i=i+1并转至步骤1；步骤6：若节点s_i的初始故障状态T_i=1，则执行步骤7；否则，获取其相邻节点中初始故障状态为T_i=0的测量值，若节点s_i相邻节点中初始故障状态T=0的节点的个数为Num(Neighbor(s_i)andT=0)，则根据式（5）、（6）判断节点的最终状态：$C_{\mathrm{ij}}^t=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if}\left(\right|x_i^t-x_j^t|\le {\xi }_2)\\ 1& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(5\right)$其中ξ₂≥0，${\mathrm{GT}}_i=\left\{\begin{array}{cc}0& \mathrm{if}\left(\underset{s_j\in \mathrm{Neighbor}\left(s_i\right)\mathrm{an\; d}{T}_j=0}{\Sigma }\right)C_{\mathrm{ij}}^t<\mathrm{Num}\left(\mathrm{Neoghtbor}\left(s\right)i\right)\mathrm{and\; T}=0)/2)\\ 1& \mathrm{otherwise}\end{array}\right.---\left(6\right)$若GT_i=0则认为节点s_i的状态为正常节点，否则为故障节点；步骤7：若节点s_i为无线传感器网络中第N个节点，算法结束；否则令i=i+1并执行步骤6。