[發明專利]基于卷積神經網絡的無線傳感器故障診斷方法

有效

• 申請號: 201910150809.5
• 申請日: 2019-02-28
• 公開（公告）號: CN109640335B
• 公開（公告）日: 2022-02-08
• 發明（設計）人: 陳志德;馬夢瑩;龔平;鄭金花;許力;黃欣沂
• 申請（專利權）人: 福建師范大學
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W24/04;H04W40/02;H04W40/10;G06N3/04;G06N3/08;H04W84/18
• 代理公司: 福州君誠知識產權代理有限公司 35211
• 代理人: 戴雨君

本發明涉及一種基于卷積神經網絡的無線傳感器故障診斷方法，步驟如下：1）構建由1個基站、1個移動小車以及若干個可充電無線傳感器節點構成的無線傳感器網絡系統模型；2）在基站構建依序連接有輸入層、隱含層、全連接層和輸出層的卷積神經網絡；3）利用移動小車收集所有節點的感知數據并傳輸到基站存儲，并轉化成矩陣形式；4）將矩陣形式的感知數據輸入到卷積神經網絡中進行訓練和自身學習，通過卷積層卷積核提取數據特征、池化層對數據特征進行壓縮、全連接層連接最后兩層、輸出層輸出最終數據分類結果；5）卷積神經網絡根據數據分類結果將每一類對應著相應的傳感器故障類型進行故障診斷，通過輸出層輸出節點診斷狀態。

技術領域

本發明涉及無線傳感器技術領域，尤其涉及一種基于卷積神經網絡的無線傳感器故障診斷方法。

背景技術

無線傳感器網絡是由若干無線傳感器節點通過自組織的形式構成，一個無線傳感器節點主要由傳感器模塊、CPU模塊、無線通信模塊和電源模塊4部分組成，其中，傳感器模塊主要用來感知數據，CPU模塊的作用是處理、計算數據，無線通信模塊保證傳感器節點與其他傳感器節點進行通信，電源模塊攜帶有限的能量為傳感器節點提供能量。由于無線傳感器節點具有體積小，易部署，價格便宜等特點被廣泛的應用到生活的方方面面，隨著無線傳感器計算能力和存儲能力的增強，無線傳感器網絡被部署到大型區域進行數據的感知和環境的檢測或者部署到人類難以進入的環境進行監測。當無線傳感器節點發生故障時，會導致監測數據異常。

無線傳感器網絡中節點的故障可分為硬故障和軟故障，硬故障是指傳感器節點中某些硬件出現問題不能夠感知數據或者不能夠進行節點間的通信，軟故障是指由于某些原因，節點感知的數據出現異常，但節點能夠進行正常的通信。軟故障根據數據異常情況又可分為永久性軟故障，間歇性軟故障和瞬時故障。據此，無線傳感器網絡中的節點診斷狀態有：

(1)正常節點：是指節點的感知數據一直處于正常的范圍，且感知數據隨時間的變化發生變化；

(2)硬故障節點：節點不能通信，因此接收不到節點的感知數據；

(3)永久性軟故障節點：是指節點的感知數據在一段時間內一直偏離正常的感測范圍；

(4)間歇性故障節點：是指一段時間內節點的部分感知數據偏離正常的范圍；

(5)瞬時故障節點：是指一段時間內，節點的某幾個感測數據偏離正常的范圍，但其他的感測數據依舊正常。