[發(fā)明專利]可編程門陣列的無線傳感網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810243415.6
• 申請日: 2008-12-23
• 公開（公告）號: CN101437307A
• 公開（公告）日: 2009-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 袁慎芳;楊偉偉;張英杰;邱雷;陳擁軍;吳鍵
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: H04W84/18
• 分類號: H04W84/18;H04W24/00;H04L12/24
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 魏學(xué)成

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無線傳感網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法，尤其涉及一種可編程門陣列的無線傳感網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

背景技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究近年來引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一大特點是節(jié)點密集，數(shù)量較大，可能達(dá)到幾百、幾千甚至更多。無線傳感器一般可能被長時間部署分布在很廣泛的地理區(qū)域內(nèi)，在網(wǎng)絡(luò)使用時存在以下安全隱患：1、網(wǎng)絡(luò)易于受到地勢地貌和氣候條件等外部環(huán)境因素變化的影響，造成通信中斷；2、由于節(jié)點本身電量有限、工作在惡劣環(huán)境中，有可能造成節(jié)點失效；3、傳感節(jié)點通常部署在無人維護(hù)的環(huán)境當(dāng)中，因而每個節(jié)點都是一個潛在的被攻擊點，都能被攻擊者進(jìn)行物理和邏輯攻擊；此外，由于應(yīng)用任務(wù)的變化，用戶可能賦予無線傳感器系統(tǒng)新的功能需求。在很多應(yīng)用環(huán)境中，對傳感器系統(tǒng)的維護(hù)十分困難甚至不可維護(hù)，因此研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的魯棒性也是其研究的一個重要方向。

在已有的研究中，無線傳感器節(jié)點的硬件都是固定的，除非將節(jié)點從傳感器網(wǎng)絡(luò)中移開并且重新設(shè)計節(jié)點的軟硬件系統(tǒng)，否則節(jié)點不能重新配置。在上述情形下，一旦傳感器網(wǎng)絡(luò)布置完畢就再也不能改變配置，現(xiàn)有的節(jié)點無法在失效時進(jìn)行自身硬件的修復(fù)和自重構(gòu)。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點失效情況下，目前所采用的方法主要是舍棄失效節(jié)點，這將帶來不必要的浪費。

目前，電子系統(tǒng)正朝著結(jié)構(gòu)復(fù)雜化、高度集成化的片上系統(tǒng)方向發(fā)展，傳統(tǒng)的系統(tǒng)冗余容錯設(shè)計方法難以適應(yīng)高可靠、強(qiáng)生存、長壽命的要求，而現(xiàn)場可編程陣列的出現(xiàn)，由于其具有可重構(gòu)特性，為設(shè)計新型容錯系統(tǒng)、實現(xiàn)系統(tǒng)故障自修復(fù)提供了靈活的手段和平臺。從1992年瑞士聯(lián)邦工學(xué)院提出仿生硬件的概念以來，仿生自修復(fù)已經(jīng)成為國際上的研究熱點之一，如美國的研究目標(biāo)是研制用于航天飛機(jī)、宇宙飛船等系統(tǒng)的自適應(yīng)與自修復(fù)電子系統(tǒng)和測控系統(tǒng)。國內(nèi)研究主要是數(shù)字電路的編碼方案、基于外部進(jìn)化方式的門級/函數(shù)級數(shù)字電路的進(jìn)化、可進(jìn)化模擬電路原理。目前，將仿生自修復(fù)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究還是空白。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提出一種可編程門陣列的無線傳感網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)系統(tǒng)及其實現(xiàn)方法。

本發(fā)明可編程門陣列的無線傳感網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)系統(tǒng)，包括故障診斷模塊、動態(tài)重構(gòu)模塊、傳感器采集模塊、電源模塊、通訊模塊、故障檢測信號線和故障診斷信號線，其中故障診斷模塊由故障診斷電路串聯(lián)微處理器組成，動態(tài)重構(gòu)模塊由控制模塊和可編程門陣列組成，可編程門陣列包括第一I/O模塊、第二I/O模塊、第三I/O模塊、傳感器采集功能單元、電源模塊功能單元和通訊模塊功能單元，傳感器采集模塊依次串接第一I/O模塊、傳感器采集功能單元，電源模塊依次串接第二I/O模塊、電源模塊功能單元，通訊模塊依次串接第三I/O模塊、通訊模塊功能單元，傳感器采集模塊的輸出端、電源模塊的輸出端和通訊模塊的輸出端分別通過故障檢測信號線與故障診斷模塊的輸入端連接，故障診斷電路的輸出端通過故障診斷信號線分別與傳感器采集模塊、電源模塊和通訊模塊電連接，微處理器的輸出端接控制模塊的輸入端，控制模塊的輸出端接可編程門陣列的輸入端。

所述的可編程陣列的無線傳感網(wǎng)絡(luò)自修復(fù)系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，包括如下步驟：

(1)將微處理器發(fā)出的測試信號依次經(jīng)過故障診斷電路、故障診斷信號線分別輸出至傳感器采集模塊、電源模塊和通訊模塊；

(2)采用故障診斷電路通過故障檢測信號線接收傳感器采集模塊輸出的采集信號、電源模塊輸出的電源信號和通訊模塊輸出的通訊信號，將采集信號、電源信號和通訊信號經(jīng)過故障診斷電路得到檢測信號；

(3)采用微處理器接收步驟(2)所述的檢測信號并將上述檢測信號與微處理器中存儲的基準(zhǔn)信號比較得到實際誤差信號：當(dāng)實際誤差信號小于微處理器中存儲的基準(zhǔn)誤差信號，則無異常返回步驟(1)；當(dāng)實際誤差信號大于微處理器中存儲的基準(zhǔn)誤差信號，則有異常微處理器輸出相應(yīng)故障單元的自動修復(fù)信號，故障單元即發(fā)生故障的傳感器采集模塊、電源模塊或通訊模塊；

(4)將步驟(3)所述的相應(yīng)故障單元的自動修復(fù)信號經(jīng)過控制模塊得到切斷信號；

(5)采用可編程門陣列接收步驟(3)所述的切斷信號：

當(dāng)傳感器采集模塊發(fā)生故障，則可編程門陣列通過第一I/O模塊切斷傳感器采集模塊與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連接并將傳感器采集功能單元接入無線傳感網(wǎng)絡(luò)；

當(dāng)電源模塊發(fā)生故障，則可編程門陣列通過第二I/O模塊切斷電源模塊與無線傳感網(wǎng)絡(luò)的連接并將電源模塊功能單元接入無線傳感網(wǎng)絡(luò)；