- 相關(guān)推薦
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障檢測研究
摘要:針對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )資源受限的特點(diǎn),研究了故障管理的相關(guān)內容,主要對故障檢測的幾種常見(jiàn)方法進(jìn)行比較說(shuō)明,對于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用具有一定的指導意義。
關(guān)鍵詞:無(wú)線(xiàn)傳感器;資源受限;故障管理;故障檢測。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是由大量低成本且具有傳感、數據處理和無(wú)線(xiàn)通信能力的傳感器節點(diǎn)通過(guò)自組織方式形成的網(wǎng)絡(luò )。它獨立于基站或移動(dòng)路由器等基礎通信設施,通過(guò)特定的分布式協(xié)議自組織起來(lái)形成網(wǎng)絡(luò )。它能夠協(xié)作地實(shí)時(shí)監測、感知和采集網(wǎng)絡(luò )分布區域內的各種環(huán)境或監測對象的信息,并對這些信息進(jìn)行處理,使需要這些信息的用戶(hù)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)和任何環(huán)境條件下(尤其是僅適合無(wú)線(xiàn)通信條件下)獲取大量詳實(shí)而可靠的信息。因此,這種網(wǎng)絡(luò )系統可以被廣泛地應用于國防軍事、國家安全、環(huán)境監測、交通管理、醫療衛生、制造業(yè)、反恐抗災等領(lǐng)域。
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )應用范圍的進(jìn)一步擴展,常常被部署在極端環(huán)境來(lái)收集外部環(huán)境的數據。由于傳感器節點(diǎn)的電源、存儲和計算能力有限,并且應用環(huán)境惡劣,使得傳感器節點(diǎn)比傳統網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)更易于失效。在這些情況下維持高質(zhì)量的服務(wù),并盡可能地降低能源消耗是很有挑戰性的,有效的故障管理對于達成這些目標是有極大幫助的。因此,對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障進(jìn)行管理是非常重要的。
1 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障管理。
當網(wǎng)絡(luò )或系統出現故障時(shí),網(wǎng)絡(luò )故障管理便成為管理員首要用到的工具。因此,故障管理事實(shí)上是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )管理的重中之重。
但遺憾的是,由于網(wǎng)絡(luò )故障涉及到不同廠(chǎng)商,不同類(lèi)型設備,涉及復雜的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構,涉及不同組織對故障類(lèi)型的不同定位規則。
從用戶(hù)的角度來(lái)說(shuō),希望在日常工作和生活中網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)暢通,信息傳輸不受任何網(wǎng)絡(luò )故障干擾。而從網(wǎng)絡(luò )運行和管理者角度來(lái)說(shuō),他們希望在網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)過(guò)程中,即使發(fā)生故障,也能很快地得到故障發(fā)生的原因。這些方方面面的因素使得對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障管理的研究在近年來(lái)發(fā)展比較緩慢。下面參照傳統網(wǎng)絡(luò )的故障管理,將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的故障管理分為三個(gè)階段:故障檢測、故障診斷和故障恢復來(lái)分別說(shuō)明。
1) 故障檢測。
為了確定故障的存在,需要收集與網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)相關(guān)的數據。一般來(lái)說(shuō),網(wǎng)絡(luò )發(fā)生故障后,網(wǎng)絡(luò )設備將處于不正常的狀態(tài)。通過(guò)獲取設備的狀態(tài)信息,就可以及時(shí)發(fā)現網(wǎng)絡(luò )中出現的故障。收集網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)信息有兩種方法:設備向管理系統報告關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò )事件;由網(wǎng)絡(luò )管理系統定期地查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )設備的狀態(tài),即主動(dòng)輪詢(xún)。
一般情況下,網(wǎng)絡(luò )管理系統將這兩種方法結合起來(lái)使用。當對網(wǎng)絡(luò )組成部件狀態(tài)進(jìn)行檢測后,不嚴重的簡(jiǎn)單故障通常被記錄在錯誤日志中,并不作特別處理。而嚴重一些的故障則需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò )管理器,即所謂的“告警”。
網(wǎng)絡(luò )設備一般都具有感知異常情況的能力,當設備發(fā)現自身或網(wǎng)絡(luò )中的嚴重不正,F象時(shí),它采用告警的方式報告給網(wǎng)管中心,因此,故障檢測一般由網(wǎng)絡(luò )中的設備完成。
2)故障診斷。
故障會(huì )在網(wǎng)絡(luò )中傳播,論文格式所有感知到故障的網(wǎng)絡(luò )對象(包括物理對象和邏輯對象)都會(huì )發(fā)生告警,在一個(gè)大型網(wǎng)絡(luò )中,一個(gè)故障可能會(huì )引起大量的告警。故障診斷就是對網(wǎng)絡(luò )設備發(fā)出的告警進(jìn)行相關(guān)處理,從一大堆的告警中找到故障發(fā)生的真正原因,并找出故障節點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò )故障診斷中,一個(gè)理想的告警應該包含有關(guān)故障的五W 信息(Who、What、Where、When 和why)。由于網(wǎng)絡(luò )設備對于自身以外的網(wǎng)絡(luò )情況只了解非常有限的知識,所以網(wǎng)絡(luò )設備產(chǎn)生的大部分網(wǎng)絡(luò )告警只回答了who、what 和when 三個(gè)問(wèn)題,而故障診斷要進(jìn)行where 和why 的推理。另外,告警噪聲的存在進(jìn)一步增加了故障診斷的難度,這些告警噪聲包含:告警丟失、延遲、重復和虛假告警等。
3) 故障恢復。
故障恢復的主要目的是根據識別的故障原因,自動(dòng)或手動(dòng)地對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行控制操作,恢復網(wǎng)絡(luò )的正常運行。
2 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障檢測常見(jiàn)方法按照故障檢測的執行主體所處位置的不同,可以將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障檢測方法分為集中式方法和分布式方法。
2.1 集中式方法。
集中式方法是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )中較為常見(jiàn)的一種方法,一般來(lái)說(shuō)是物理上或邏輯上處于中心位置的節點(diǎn),負責對網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行監控,追蹤失敗節點(diǎn)或可疑節點(diǎn)。由于中心節點(diǎn)要負責的事務(wù)較多,通常都讓該節點(diǎn)不受能量的限制,能夠執行大范圍的故障管理事務(wù)。集中式方法的結構如圖1 所示,主要采用周期輪詢(xún)的方式來(lái)對節點(diǎn)進(jìn)行管理:中心節點(diǎn)通常采用周期性主動(dòng)探測的方式發(fā)布一些探測包,來(lái)獲取節點(diǎn)的狀態(tài)信息,對獲得的信息進(jìn)行分析,從而確定節點(diǎn)是否失效。
采用集中式網(wǎng)絡(luò )管理,所有的網(wǎng)絡(luò )設備都由一個(gè)管理者進(jìn)行管理。當信息流量不大的時(shí)候,集中式網(wǎng)絡(luò )管理簡(jiǎn)單且有效,在失效節點(diǎn)定位方面具有高效和準確的優(yōu)點(diǎn),所以它非常適用十小型的局域網(wǎng)絡(luò )。在集中式網(wǎng)絡(luò )管理結構下,管理者作為“客戶(hù)”要完成復雜的網(wǎng)絡(luò )管理任務(wù),同時(shí)還必須與多個(gè)作為“服務(wù)器”的代理交換信息。這種結構存在著(zhù)較大的缺陷,主要表現為:
1) 所有的分析和計算任務(wù)都集中在中心節點(diǎn)站, 造成網(wǎng)絡(luò )管理的瓶頸,中心節點(diǎn)負載過(guò)重。由于其余節點(diǎn)的信息收集后都是發(fā)往中心節點(diǎn),因此中心節點(diǎn)很可能變成一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于數據傳輸的節點(diǎn)以滿(mǎn)足故障檢測和管理的需要。隨之而來(lái)的問(wèn)題就是中心節點(diǎn)所在的區域會(huì )有大量的流量往來(lái),導致該區域的節點(diǎn)能量消耗急劇增加,越是靠近中心節點(diǎn)的越是這樣,如圖1 中的A,B 節點(diǎn)。
2) 中心節點(diǎn)站一旦失效,整個(gè)網(wǎng)管系統就崩潰了,這樣導致整個(gè)系統的可靠性偏低。
3) 集中式結構導致大量的原始數據在網(wǎng)絡(luò )上傳輸,帶來(lái)了大量額外的通信量,占用大量的通信帶寬,并導致網(wǎng)管系統工作效率降低。
4) 用于監測網(wǎng)絡(luò )并收集數據的代理是預先定義好且功能固定的,一旦要擴展新的功能時(shí)十分不便,這樣會(huì )造成系統的可擴展性較差。
5) 遠端節點(diǎn)與管理中心之間的距離較遠,且傳感器網(wǎng)絡(luò )中采用多跳通信,因此這兩者之間的信息交互時(shí)延過(guò)長(cháng)。
2.2 分布式方法分布式方法支持局部決策的概念,能夠平滑地將故障管理分散到網(wǎng)絡(luò )中去。目標是讓節點(diǎn)在與中心節點(diǎn)通信前,能夠給出一定層次的決策。在這種思想下,傳感器節點(diǎn)能做的決策越多,越少的信息將被傳輸給中心節點(diǎn),從而減少通信量。其算法流程如右表1。分布式的方法通常分為以下幾種:
1) 節點(diǎn)自檢測方法。節點(diǎn)自檢測的方法依賴(lài)于節點(diǎn)自身所包含的功能進(jìn)行故障檢測,并將檢測結果發(fā)送給管理節點(diǎn)。文獻中介紹了一種節點(diǎn)自檢測的方法,通過(guò)軟件和硬件的接口檢測物理節點(diǎn)的失效。硬件接口包含了幾個(gè)靈活的電路用于檢測節點(diǎn)的方位和碰撞。軟件接口包含了幾個(gè)軟件部件,用于采樣傳感器節點(diǎn)的讀取行為。由于故障的檢測由節點(diǎn)本身完成,這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要部署額外的軟件或硬件節點(diǎn)用于故障檢測。
2) 鄰居協(xié)作的方法。顧名思義,鄰居協(xié)作的基本思想就是:在節點(diǎn)發(fā)出故障告警之前,將節點(diǎn)獲得的故障信息與鄰居(一跳通信范圍內)獲得的故障信息進(jìn)行比較,得到確認的情況下才將故障信息發(fā)往管理節點(diǎn)。在大多數的情況下,中心節點(diǎn)并不知道網(wǎng)絡(luò )中的任何失效信息,除非那些已經(jīng)用節點(diǎn)協(xié)作方式確認的故障。這樣的設計減少了網(wǎng)絡(luò )的通信信息,從而保留了節點(diǎn)的能量。
3) 基于分簇的方法;诜执氐姆椒▽⒄麄(gè)網(wǎng)絡(luò )分成不同的簇,從而將故障管理也分散到各自的區域內完成。簇內采用散播的方式來(lái)定位失敗節點(diǎn),簇頭節點(diǎn)與一跳范圍內的鄰居以某種規則交換信息。通過(guò)分析收集到的信息,根據預先定義的失敗檢測規則可以最終確定失敗節點(diǎn)。接著(zhù),如果發(fā)現了一個(gè)故障節點(diǎn),該區域所在的節點(diǎn)將會(huì )把信息傳播給所有的簇。
3 常見(jiàn)方法的比較。
從上可知,集中式方法與分布式方法都各有優(yōu)缺點(diǎn),針對于不同應用類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò ),應該選取不同的方法。為了方便方法的選取,我們對上述方法個(gè)定性分析?紤]無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )本身能量有限的特點(diǎn),以及故障檢測的一般目的,我們選取能量消耗、通信開(kāi)銷(xiāo)、故障檢測率和虛警率這四個(gè)方面進(jìn)行比較,結果如表1。
4 結束語(yǔ)。
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用已經(jīng)十分廣泛,而且,一般認為物聯(lián)網(wǎng)的最底部一層即為無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò ), 因此對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的研究能很好地指導實(shí)踐工作。本文對無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障檢測的方法進(jìn)行了分類(lèi)描述分析, 對于指導無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障研究工作具有一定的指導意義。
【無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障檢測研究】相關(guān)文章:
研究無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用與發(fā)展03-18
基于ZigBee的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )定位系統的研究03-07
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )及其路由協(xié)議研究03-07
傳感器無(wú)線(xiàn)互聯(lián)標準及實(shí)現03-19
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )高能效MAC層協(xié)議研究03-07
無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )協(xié)作技術(shù)綜述03-04
淺談無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的應用與發(fā)展03-12
采用太陽(yáng)能電池的無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能量模型的研究03-07
- 淺談勝利煉油廠(chǎng)計算機網(wǎng)絡(luò )應用現狀及建議
- 計算機網(wǎng)絡(luò )中的通信數據交換技術(shù)探討
- 試析現代網(wǎng)絡(luò )存儲技術(shù)
- 校園無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )架設研究
- 試論網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下的醫學(xué)百科圖書(shū)館研究和利用
- 銀行計算機信息系統安全隱患與防范全探索
- 淺析計算機網(wǎng)絡(luò )輔助教學(xué)
- 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )故障排查思路
- 基于寬帶城域網(wǎng)接入層的智能小區建設模式
- 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )故障檢測研究
- 無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )安全論文
- 建筑檢測實(shí)習日記
- 無(wú)損檢測工作小結
- 試驗檢測述職報告
- 論文研究方法
- 研究綜述范文
- 課題研究范文
- 汽車(chē)檢測與維修簡(jiǎn)歷
- 煤炭檢測工作總結
- 個(gè)人課題研究計劃