CN114363936A - 一种无线传感器网络的故障发现和快速报警的方法 - Google Patents

Abstract

无线传感器网络的故障发现和快速报警的方法属于无线传感器网络运行领域，其特征在于，是一个由中控节点和所有无线传感器共同组成的中心辐射网以及一个由各存储服务器彼此通过光缆连成的蠕虫网经各无线传感器上下串接而成的组合网中实现的。空闲时，中央控制器发出一组启动脉冲分别经各探头上的输入信号增强器去启动各无线传感器，中控节点便以是否收到应答信号来一次性地发现网络中所有的故障节点；正常运行时，任何两个相邻节点不仅以最快速度在最短路径下传递信息并通过蠕虫网或/和中心辐射网发向中控节点或其它节点，还能在传递时主动呼叫下一节点来发现故障节点，从而实现全过程检测。

Description

一种无线传感器网络的故障发现和快速报警的方法

技术领域

本发明属于无线传感器网络运行领域，尤其涉及故障节点的发现技术领域。

背景技术

基于无线传感器网络的电路结构中只有一个输入端、而无线输出的测量值也无法输入次级的无线传感器节点，去改变节点状态，因此，无线输入输出测试用例UIO方法就缺乏硬件基础，无法发现传感器故障。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种无线传感器网络系统在空闲状态、正常运行状态或带病运行状态下发现故障并能快速报警的方法，是一种全过程的预警和传递信息的方法。

本发明的特征在于，1，一种无线传感器网络的故障发现和快速报警的方法，其特征在于，是在一个无线传感器网络系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，系统构建

所述系统至少包括系统的中央控制器、设在检测区域网格图节点上的分布式无线传感器群组、挂靠在所述每个无线传感器上的存储服务器群组，以及系统通信协议，其中，

无线传感器，至少设有：无线传感器CPU_w，以及无线传感器天线，其中，

无线传感器CPU_w，至少预置以下参数：编号，网址IP，型号以及出厂日期；

无线传感器天线，在解调器输入端设有一个高频滤波器，以减弱高频噪声信号；

位于所述无线传感器群组外围轮廓线上的无线传感器称为边缘节点；其余的无线传感器称为内部节点；把中央控制器设在某一个边缘节点上，并将这个边缘节点称之为中控节点；

中央控制器，设在离开云服务器的距离最短的一个边缘节点上，至少包括：依次连接的中央处理计算机、中控天线以及大功率发射机，其中：

中控天线，是一个位置高度可调的多输入、多输出的天线；

大功率发射机，是一台输出功率能覆盖整个所述检测区域且输出功率值可调的发射机；

中央处理计算机，与各所述无线传感器CPU_w进行通信，以实现故障检测；

系统无线通信协议，预存在中央处理计算机中，以预先设计的要求在所述中央处理计算机控制下建立一个无线传感器通信网络；

存储服务器群组，通过光缆逐一与对应的各所述无线传感器CPU_w连接，同时又通过光缆顺次地把各所述存储服务器串接起来，形成一个蠕虫网，再通过光缆经各存储服务器与以所述中央控制器为中心、以各无线传感器CPU_w为叶子节点的中心辐射网无线连接起来；围绕着“快速”两字，在作用上，两者互补：所述中心辐射网在测试系统初检、每次常规使用前快速地作安全检测用，所述蠕虫网的作用主要在于确定测试得到的所述故障节点到中央控制器之间或者任意两个节点之间以最快速度传输信息时的最短路径以便快速报警用；

另外，系统的中央控制器上，还设有，网格式的运行状态显示屏，用以显示每个无线传感器处于空闲状态、正常运行状态还是带病运行状态；

步骤(2)，所述中央处理计算机依次按以下步骤实时地找出处于故障状态的无线传感器：

步骤(2.1)，当所述无线传感器网络内的所有无线传感器都处于空闲状态时，中央处理计算机同步地向全网络的无线传感器CPU_w各发送一组启动脉冲，以便通过连接在各无线传感器测量头上的输入信号增强器去步进式地增强作用在测量探头上的输入信号强度来启动各无线传感器；

步骤(2.2)，所述中央处理计算机判断：

当检测所述中心辐射网上的所有节点发来各自对应的网址信号IP时，表示全部节点在正常运转，系统处于正常运行状态；

否则，系统处于带病运行状态，是指至少有一个未发来自身网址IP的故障节点，显示在系统运行状态显示屏上，LED用蓝光表示节点正常，用红光表示节点故障；

步骤(3)，所述中央控制器中的中央处理计算机依次按以下步骤实施信息传递：

步骤(3.1)，中央处理计算机通过一个小程序预置了任何一个节点向中央处理计算机以最快的速度从无线传感器网络内部任何一个节点发送包括报警信息在内的任何数据时应该寻找的最短传输路径的方法，是在系统运行正常时发送到各无线传感器CPU_w的；

步骤(3.2)，在系统正常运行时，起始节点便按照步骤(3.2)中所述小程序提示的方法按以下步骤以最快速度、用最短距离的传输路径从所述起始节点向中央控制器传递信息，步骤如下：

步骤(3.2.1)，判断所述起始节点到中控节点之间的网内距离以及所述起始节点到最近的一个边缘节点之间的网内距离哪一个要近些？

若所述起始节点离中控节点较近，而离最近的边缘节点较远，则按以下步骤传递信息：

步骤(3.2.1.1)，所述起始节点便沿着向中控节点的方向，搜索离自己最近的一个边缘节点，并发出传输数据包的请求；

步骤(3.2.1.2)，对于无应答信号的节点，便直接确认这是一个新生的漏网的故障节点；

步骤(3.2.1.3)，排除故障节点后，从步骤(3.2.1.2)中保留下来的节点中，选择一个离所述起始节点最近的正常节点作为下一个传送时的起点，重复运行一直到到达中控节点时终止；

若所述起始节点离中控节点较远，而离最近的边缘节点较近时，按以下步骤传递信息：

步骤(3.2.2.1)，选择离所述起始节点最近的边缘节点，把所述数据包通过所述蠕虫网快速地送达所述中控节点。

2，根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的故障发现和快速报警的方法，其特征在于，当任意两个节点中一个为起始节点、一个为终止节点，从起始节点向终止节点传输信息时，按照终止节点为中控节点时所述的方法做同样处理。

本发明实现了无线传感器网络系统的初检或/和运行过程前的实时检测。

本发明的优点在于：

1.提出了一种系统状态的概念，我们把系统分为三种状态：空闲状态、正常运行状态和带病运行状态，代替了状态机中空闲、运行和故障三种状态；因为传感器不是状态机，所以传感器网络不同于状态机网络；

2.提出了一种用同步脉冲一次性地检测网络中的所有无线传感器的方法来代替UIO方法，用传感器网络的初检和网络日常启动时的检测代替了UIO方法的检测，所以无论在空闲状态或者运行过程中都可以实时检测故障；

3.构建了一个由中央控制器为中心、以各无线传感器为叶子节点的中心辐射网和以挂靠在各无线传感器上的存储服务器为单元串接而成的光缆式蠕虫网，再通过蠕虫网中的存储服务器和各无线传感器连接的方式，把上述两个网连接成组合网；以中心辐射网实现空闲状态和开始正常运行前的初检来一次性地发现全网络的故障节点；以蠕虫网作为中心辐射网的补充通过最短路径来以最快的速度、最短路径实现中心辐射网和蠕虫网之间的信息传递，两者起到了互补的作用。

4.提出了一个输入信号增强器的概念，帮助启动脉冲来实现空闲状态或开始正常运行前的一次性故障检测。

附图说明

图1：本发明的系统结构图。

图2：中控节点示意图。

图3：无线传感器网络示意图。

图4：本发明的主程序流程图。

具体实施方式

所述输入信号增强器随着各无线传感器物理名称迥异，如对无线温度传感器而言，便是一个连接在无线传感器测量头上的加热线圈。

本发明通过中央控制器同步地向各无线传感器发出一组相同规格的启动脉冲，使各启动脉冲经各三极管开关脉冲电路去启动连接到各无线传感器测量探头的输入信号增强器，加大作用在测量探头上的输入脉冲增幅值使得各无线传感器都由空闲状态转为运行状态，对应的无线传感器CPU_w便向中央控制器发出各自的IP地址，表示进入运行状态；对无信号输出的节点，中央控制器就确定为故障节点，根据故障节点的IP地址，中央控制器便一次性地确认出所有故障节点的IP地址，达到了发现故障节点的目的，

在正常或带病运行状态时，节点间也能在无线通信过程中发现故障节点。

关于最短路径的解释，见图3。例如：当起始节点在b时，如果它要到达中控节点则有两条路径，第一条路径是它在中心辐射网内直接到达中控节点；第二条路径是先通过中心辐射网到达离起始节点最近的边缘节点d，再通过蠕虫网到达中控节点。这时候如图3所示的内部节点b可知，直接通过中心辐射网到达中控节点的距离最短。反之，如果起始节点在b’时，它要以最快速度、最短路径来发射信号到达中控节点时，先到达离它最近的边缘节点e，再通过蠕虫网到达中控节点的路径为宜。因为从空间距离上来说，b’通过中心辐射网直接到达中控节点比先到达离它最近的边缘节点e后，再经过蠕虫网到达中控节点的路径要短，但是它的时间要比从b’先到达离它最近的边缘节点e后，再经过蠕虫网到达中控节点的时间要长，故选择b’-->e-->中控节点的路径为最短路径。所以，任何一个节点b到达中控节点或期望的终止节点时，从中心辐射网内或从蠕虫网到达中控节点或期望的终止节点取决于起始节点到目的地节点的空间距离哪个更近。

Claims (2)

1.一种无线传感器网络的故障发现和快速报警的方法，其特征在于，是在一个无线传感器网络系统中依次按以下步骤实现的：

步骤(1)，系统构建

所述系统至少包括系统的中央控制器、设在检测区域网格图节点上的分布式无线传感器群组、挂靠在所述每个无线传感器上的存储服务器群组，以及系统通信协议，其中，

无线传感器，至少设有：无线传感器CPU_w，以及无线传感器天线，其中，

无线传感器CPU_w，至少预置以下参数：编号，网址IP，型号以及出厂日期；

无线传感器天线，在解调器输入端设有一个高频滤波器，以减弱高频噪声信号；

位于所述无线传感器群组外围轮廓线上的无线传感器称为边缘节点；其余的无线传感器称为内部节点；把中央控制器设在某一个边缘节点上，并将这个边缘节点称之为中控节点；

中央控制器，设在离开云服务器的距离最短的一个边缘节点上，至少包括：依次连接的中央处理计算机、中控天线以及大功率发射机，其中：

中控天线，是一个位置高度可调的多输入、多输出的天线；

大功率发射机，是一台输出功率能覆盖整个所述检测区域且输出功率值可调的发射机；

中央处理计算机，与各所述无线传感器CPU_w进行通信，以实现故障检测；

系统无线通信协议，预存在中央处理计算机中，以预先设计的要求在所述中央处理计算机控制下建立一个无线传感器通信网络；

存储服务器群组，通过光缆逐一与对应的各所述无线传感器CPU_w连接，同时又通过光缆顺次地把各所述存储服务器串接起来，形成一个蠕虫网，再通过光缆经各存储服务器与以所述中央控制器为中心、以各无线传感器CPU_w为叶子节点的中心辐射网无线连接起来；围绕着“快速”两字，在作用上，两者互补：所述中心辐射网在测试系统初检、每次常规使用前快速地作安全检测用，所述蠕虫网的作用主要在于确定测试得到的所述故障节点到中央控制器之间或者任意两个节点之间以最快速度传输信息时的最短路径以便快速报警用；

另外，系统的中央控制器上，还设有，网格式的运行状态显示屏，用以显示每个无线传感器处于空闲状态、正常运行状态还是带病运行状态；

步骤(2)，所述中央处理计算机依次按以下步骤实时地找出处于故障状态的无线传感器：

步骤(2.1)，当所述无线传感器网络内的所有无线传感器都处于空闲状态时，中央处理计算机同步地向全网络的无线传感器CPU_w各发送一组启动脉冲，以便通过连接在各无线传感器测量头上的输入信号增强器去步进式地增强作用在测量探头上的输入信号强度来启动各无线传感器；

步骤(2.2)，所述中央处理计算机判断：

当检测所述中心辐射网上的所有节点发来各自对应的网址信号IP时，表示全部节点在正常运转，系统处于正常运行状态；

否则，系统处于带病运行状态，是指至少有一个未发来自身网址IP的故障节点，显示在系统运行状态显示屏上，LED用蓝光表示节点正常，用红光表示节点故障；

步骤(3)，所述中央控制器中的中央处理计算机依次按以下步骤实施信息传递：

步骤(3.1)，中央处理计算机通过一个小程序预置了任何一个节点向中央处理计算机以最快的速度从无线传感器网络内部任何一个节点发送包括报警信息在内的任何数据时应该寻找的最短传输路径的方法，是在系统运行正常时发送到各无线传感器CPU_w的；

步骤(3.2)，在系统正常运行时，起始节点便按照步骤(3.2)中所述小程序提示的方法按以下步骤以最快速度、用最短距离的传输路径从所述起始节点向中央控制器传递信息，步骤如下：

步骤(3.2.1)，判断所述起始节点到中控节点之间的网内距离以及所述起始节点到最近的一个边缘节点之间的网内距离哪一个要近些？

若所述起始节点离中控节点较近，而离最近的边缘节点较远，则按以下步骤传递信息：

步骤(3.2.1.1)，所述起始节点便沿着向中控节点的方向，搜索离自己最近的一个边缘节点，并发出传输数据包的请求；

步骤(3.2.1.2)，对于无应答信号的节点，便直接确认这是一个新生的漏网的故障节点；

步骤(3.2.1.3)，排除故障节点后，从步骤(3.2.1.2)中保留下来的节点中，选择一个离所述起始节点最近的正常节点作为下一个传送时的起点，重复运行一直到到达中控节点时终止；

若所述起始节点离中控节点较远，而离最近的边缘节点较近时，按以下步骤传递信息：

步骤(3.2.2.1)，选择离所述起始节点最近的边缘节点，把所述数据包通过所述蠕虫网快速地送达所述中控节点。

2.根据权利要求1所述的一种无线传感器网络的故障发现和快速报警的方法，其特征在于，当任意两个节点中一个为起始节点、一个为终止节点，从起始节点向终止节点传输信息时，按照终止节点为中控节点时所述的方法做同样处理。

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