[發(fā)明專利]一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210282597.4
• 申請(qǐng)日: 2012-08-09
• 公開（公告）號(hào): CN102802182A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬強(qiáng);劉克彬;苗欣;劉云浩
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 無錫賽睿科技有限公司
• 主分類號(hào): H04W24/04
• 分類號(hào): H04W24/04;H04W84/18
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 胡彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，尤其涉及一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷裝置及方法。

背景技術(shù)

隨著通信技術(shù)、傳感器技術(shù)及嵌入式計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展和日益成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測、煤礦事故檢測、危險(xiǎn)境地導(dǎo)航、交通流量監(jiān)控等諸多與國計(jì)民生有著重大聯(lián)系的場景中。由于當(dāng)前科技水平以及制造工藝的限制，傳感器節(jié)點(diǎn)（簡稱節(jié)點(diǎn)）的軟件與硬件通常并不能完美地契合進(jìn)行工作，普遍具有易出錯(cuò)的特征。同時(shí)，由于節(jié)點(diǎn)間采用無線信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，多徑（multi-path）、干擾（interference）等因素進(jìn)一步增加了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性：障礙物的出現(xiàn)會(huì)削弱無線信號(hào)，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)之間瞬時(shí)或者永久的失去連接；而且多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)通信會(huì)導(dǎo)致對(duì)信道的使用出現(xiàn)競爭，最終只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)能成功搶占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。

為了增強(qiáng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可用性，同時(shí)提升無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的可靠性，許多研究機(jī)構(gòu)都展開了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)的研究，用以檢驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)故障和定位網(wǎng)絡(luò)中的故障節(jié)點(diǎn)。傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)可分為兩類。第一類是軟件糾錯(cuò)技術(shù)。典型的方法是在節(jié)點(diǎn)程序的源代碼層構(gòu)建類似于GDB的調(diào)試工具，通過斷點(diǎn)執(zhí)行、變量觀察、堆棧訪問等接口進(jìn)行代碼糾錯(cuò)，其中，GDB是GNU開源組織發(fā)布的一個(gè)強(qiáng)大的UNIX下的程序調(diào)試工具，UNIX是一種廣泛使用的商業(yè)操作系統(tǒng)的名稱。這類方法可以判斷程序的邏輯錯(cuò)誤，但是不能識(shí)別通信鏈路受阻、節(jié)點(diǎn)功能紊亂等無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的故障。第二類技術(shù)是通過收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)信息進(jìn)行深層次的數(shù)據(jù)分析，診斷無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障。這類方法能夠很好的識(shí)別無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的出錯(cuò)狀況，但是通常需要深厚的領(lǐng)域知識(shí)。以加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員提出的基于規(guī)則的診斷方法為例，基站首先會(huì)主動(dòng)收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)以及下一條節(jié)點(diǎn)等的信息，然后參照以此建立的決策樹模型，分析結(jié)果，從而迅速定位無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存在故障和故障根源。但是，這類方法帶來的診斷開銷大，而且決策樹等統(tǒng)計(jì)模型的建立嚴(yán)重依賴于研究人員對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的理解程度，因而不具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。換言之，一個(gè)對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不熟悉的人員或者一個(gè)未曾出現(xiàn)過的網(wǎng)絡(luò)錯(cuò)誤都有可能導(dǎo)致這類方法失效。

由上述分析可知，傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)在很大程度上依賴于設(shè)計(jì)人員對(duì)于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的領(lǐng)域知識(shí)和實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，使得目前的診斷工具具有顯著的局限性。事實(shí)上，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自組互聯(lián)、遠(yuǎn)程部署、環(huán)境復(fù)雜、大規(guī)模等特性，管理維護(hù)人員很難對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部可能出現(xiàn)的故障原因、影響等有全面的了解，尤其是出現(xiàn)在多點(diǎn)交互過程中的故障和錯(cuò)誤更加難于檢測。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展和應(yīng)用類型的不斷增加，傳統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷技術(shù)的可擴(kuò)展性面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷裝置及方法，其解決了傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷方法存在的診斷開銷大以及局部問題區(qū)域的狀態(tài)獲取不準(zhǔn)確等問題，實(shí)現(xiàn)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障的局部診斷，具有良好的可擴(kuò)展性。

為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障診斷裝置，該診斷裝置安裝于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)中，包括：

診斷觸發(fā)單元，用于分析該診斷裝置所在節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息，并根據(jù)分析結(jié)果，判斷是否生成診斷進(jìn)程；

融合樹構(gòu)建單元，用于在診斷觸發(fā)單元生成診斷進(jìn)程時(shí)，根據(jù)該診斷進(jìn)程對(duì)應(yīng)的故障類型構(gòu)建融合樹；

診斷證據(jù)生成單元，用于將該診斷裝置所在節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)信息與概率相關(guān)聯(lián)，生成所述節(jié)點(diǎn)預(yù)設(shè)故障類型的概率賦值即診斷證據(jù)；

診斷證據(jù)融合單元，用于接收所述融合樹中該診斷裝置所在節(jié)點(diǎn)的所有子節(jié)點(diǎn)輸入的診斷證據(jù)，并將其與該診斷裝置所在節(jié)點(diǎn)自身的診斷證據(jù)進(jìn)行融合；

故障診斷單元，用于根據(jù)所述診斷證據(jù)融合單元的診斷證據(jù)融合結(jié)果，判斷所述診斷進(jìn)程對(duì)應(yīng)的故障是否存在。

特別地，所述融合樹構(gòu)建單元包括：

診斷請(qǐng)求信號(hào)發(fā)送單元，用于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中廣播診斷請(qǐng)求信號(hào)，當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中沒有診斷請(qǐng)求信號(hào)傳播時(shí)，表示融合樹構(gòu)建完成；其中，所述診斷請(qǐng)求信號(hào)包含與故障類型對(duì)應(yīng)的診斷范圍和發(fā)送該診斷請(qǐng)求信號(hào)的節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)號(hào)（ID）；