【正文】 探測頻率調(diào)整。研究網(wǎng)絡(luò)故障數(shù)量隨時間的變化特性，據(jù)此設(shè)計故障探測的頻率，動態(tài)調(diào)整故障探測頻率，從而減少無效探測包的數(shù)量，達 到節(jié)省能量、延長網(wǎng)絡(luò)生存時間的目的。 。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有以數(shù)據(jù)為中心的特點，節(jié)點故障將導(dǎo)致數(shù)據(jù)的異常。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的匯聚節(jié)點保存了所有節(jié)點上報的數(shù)據(jù)內(nèi)容，節(jié)點是否故障的最終結(jié)果體現(xiàn)在匯聚節(jié)點上的。同一范圍內(nèi)傳感器節(jié)點的監(jiān)測結(jié)果也是相近的因此，木文在匯聚節(jié)點對各個節(jié)點的歷史數(shù)據(jù)進行分析，引入可信度評價及數(shù)據(jù)相似性分組的方法選擇合適的鄰居節(jié)點，通過比較鄰居節(jié)點之間的數(shù)據(jù)差異確定節(jié)點的故障狀態(tài)。在前一階段故障探測的基礎(chǔ)上，研究基于鄰居數(shù)據(jù)分析的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 故障檢測方法，這種方法是被動集中式的方法，并且不局限于處理二元數(shù)據(jù)，主要包含三個規(guī)模型泛在系統(tǒng)非基于領(lǐng)域知識的自演化與自導(dǎo)向診斷研究 19 方面的內(nèi)容： (1)可信度計算。節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)是一個線性變化的過程，一般情況下相鄰采樣周期間的數(shù)據(jù)變化是有限的，據(jù)此可以計算節(jié)點歷史數(shù)據(jù)的偏移水平來計算節(jié)點的可信度，從而給出節(jié)點可信水平的評價，可以根據(jù)可信水平來選擇可信的鄰居節(jié)點，從而達到一定程度的故障容忍。 (2)鄰居節(jié)點選擇。鄰居節(jié)點的選擇會極大影響故障檢測的結(jié)果，而由于現(xiàn)實網(wǎng)絡(luò)中物理上相鄰的節(jié)點，其監(jiān)測數(shù)據(jù)有一定相似性。因此將節(jié)點的數(shù)據(jù)與鄰居節(jié)點進行比較。 (3)故障判定 。通過將節(jié)點的偏移水平與一定數(shù)量的可信鄰居節(jié)點的偏移水平進行綜合比較，從而判定節(jié)點是否故障。 故障恢復(fù) 當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障被系統(tǒng)檢查出來后，網(wǎng)絡(luò)要做出迅速的反應(yīng)，盡快恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的連通性，觸發(fā)相應(yīng)的故障恢復(fù)策略使數(shù)據(jù)能夠正常的進行通信。無線傳感網(wǎng)的故障恢復(fù)不同于傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中終端用戶并不關(guān)心單個節(jié)點的狀態(tài)和其采集的信息，而是關(guān)注于整個檢測區(qū)域的情況，如濕度、溫度等。若無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點發(fā)生故障，節(jié)點的故障將影響到網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行的任務(wù)。然而從用戶的角度來看，用戶只關(guān)心其服務(wù)是否得到滿足，提交的任務(wù)是否可以完成。因此，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)雖然是從節(jié)點故障著手，但是目標并非保證每個故障節(jié)點都得到修復(fù)，而是從 整個簇、整個網(wǎng)絡(luò)的角度出發(fā)，保證檢測任務(wù)的正常執(zhí)行和網(wǎng)絡(luò)的可用性。通過對故障節(jié)點任務(wù)的遷移或者采用鄰居協(xié)作恢復(fù)故障節(jié)點數(shù)據(jù)等方式，保證關(guān)鍵服務(wù)能繼續(xù)提供，則可以認為網(wǎng)絡(luò)己經(jīng)恢復(fù)。 網(wǎng)絡(luò)智能再生不僅僅要適應(yīng)突變的環(huán)境，以最快的反應(yīng)速度完成網(wǎng)路拓撲的重建，保證整個網(wǎng)路數(shù)據(jù)的可靠性，還要承擔(dān)起新網(wǎng)絡(luò)再建的工作，由于節(jié)點自身的物理特點，不可避免的會存在一段時間后節(jié)點失效，就需要部署新的節(jié)點加入原先的網(wǎng)絡(luò)中，拓撲重構(gòu)的任務(wù)就是將這些新節(jié)點加入到網(wǎng)絡(luò)中區(qū)組建新的網(wǎng)絡(luò)。以適應(yīng)周圍復(fù)雜的環(huán)境。 具體機制實現(xiàn)過程 下 面通過舉一個實例來說明整個智能再生機制的運作過程： 規(guī)模型泛在系統(tǒng)非基于領(lǐng)域知識的自演化與自導(dǎo)向診斷研究 20 圖 43 節(jié)點分布圖 這是一個隨機播撒的傳感器節(jié)點分布圖，首先是一個圖譜拓撲初始化的過程，首先是匯聚節(jié)點的選取，同一覆蓋區(qū)域的匯聚節(jié)點通過算法選取，其余匯聚節(jié)點進行休眠。在匯聚節(jié)點所覆蓋的范圍內(nèi)，普通節(jié)點根據(jù)相同的機制，選取合適的節(jié)點向匯聚節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，其他相同覆蓋區(qū)域的節(jié)點則進入休眠狀態(tài)。 圖 44 拓撲初始化圖 1 1 規(guī)模型泛在系統(tǒng)非基于領(lǐng)域知識的自演化與自導(dǎo)向診斷研究 21 B 初始化的拓撲如上圖，在基于多重覆蓋和節(jié)點定位的基礎(chǔ)上，基于角色輪換的拓撲維護，使用相關(guān)的算法使現(xiàn)有的拓撲保持均衡。 這樣就實現(xiàn)了拓撲控制的第一步，拓撲的初始化就完成了，拓撲維護的機制就啟動，以輪的概念對網(wǎng)絡(luò)進行故障監(jiān)測和性能監(jiān)測，通過某些條件來觸發(fā)，然后啟動事件執(zhí)行器，進行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化。當(dāng)故障監(jiān)測系統(tǒng)通過基于數(shù)據(jù)相似性分組的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)鄰居協(xié)作故障檢測機制，通過匯聚節(jié)點判斷出問題節(jié)點，利用節(jié)點定位的方法迅速探測周圍冗余節(jié)點，并將它從睡眠狀態(tài)喚醒。 圖 45 節(jié)點故障修復(fù)圖 這部分是關(guān)于節(jié)點故障檢測： 當(dāng)故障發(fā)生時，藍色的匯聚節(jié)點會根據(jù)每個普通節(jié)點的數(shù)據(jù)的相關(guān)性來判定，當(dāng) A 節(jié)點出現(xiàn)故障時，啟動拓撲維護的功能，匯聚節(jié)點一直監(jiān)測數(shù)據(jù)的連續(xù)性，這樣就會判斷 A 節(jié)點是否故障，根據(jù)不同觸發(fā)條件通過節(jié)點定位系統(tǒng)，確定 A 的位置，通知附近的 B 節(jié)點通過鄰居關(guān)系，自導(dǎo)向的選出當(dāng)前最佳的 A 節(jié)點的替代節(jié)點。 B 節(jié)點根據(jù)定位系統(tǒng)選擇出離 A 節(jié)點最近的幾個點，判斷其是否屬于同一覆蓋區(qū)域的節(jié)點，在根據(jù)拓撲中的位置關(guān)系確定具體的節(jié)點。紅色的線斷掉，以藍色的連線代替之前的傳輸路徑。 1 A 規(guī)模型泛在系統(tǒng)非基于領(lǐng)域知識的自演化與自導(dǎo)向診斷研究 22 拓撲重構(gòu)： 圖 46 拓撲初始圖 隨著網(wǎng)絡(luò)使用時間的不斷推移，網(wǎng)絡(luò)的整體性能、連通度等都會有所損失，這時候通過個別點的是不能解決整個網(wǎng)絡(luò)的，這就需要重新進行初始化，來使網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)到一定的，同時使第二次拋撒的節(jié)點加入到新的網(wǎng)絡(luò)中去，構(gòu)成新一代的智能網(wǎng)，需要提出一個關(guān)于觸發(fā)時間的算法。此算法要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的性能、通過探測是否有新的節(jié)點來補充整個網(wǎng)絡(luò)，來動態(tài)的調(diào)整。 1 規(guī)模型泛在系統(tǒng)非基于領(lǐng)域知識的自演化與自導(dǎo)向診斷研究 23 如下圖，為調(diào)整后的拓撲： 圖 47 最后優(yōu)化拓撲圖 其中紅色的連線時拓撲初始化的新路由，藍色的細線是取消的路由，這樣可以使整個網(wǎng)絡(luò)變得最優(yōu)。整個智能再生機制就體現(xiàn)了一次，其中包括節(jié)點自導(dǎo)向，自演化；拓撲維護，拓撲重構(gòu)，故障管理的功能被整個機制串起來，保證了整個再生的機制的循環(huán)激活，直到網(wǎng)絡(luò)死亡。 1 規(guī)模型泛在系統(tǒng)非基于領(lǐng)域知識的自演化與自導(dǎo)向診斷研究 24 結(jié)論 本機制在多個技術(shù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的智能再生網(wǎng)絡(luò)的自演化與自導(dǎo)向，為無線傳感網(wǎng)提供了能耗均衡、拓撲變化跟蹤、故障診斷、拓撲優(yōu)化及維護、拓撲重構(gòu)的功能。但是只是從理論方面取得了一定的成果，實際應(yīng)用中還需要很長的時間去具體的研究各部分的協(xié)議與算法，與實際相結(jié)合，從實驗的角度上取得新的突破與進展。在通過這幾個月對無線傳感網(wǎng)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)， 深入 了解了無線傳感網(wǎng)，認識到其良好的應(yīng)用前景，其網(wǎng)絡(luò)智能再生技術(shù)也是未來無線傳感網(wǎng)的發(fā)展方向與技術(shù)難點。 尤其是拓撲維護部分，對維護網(wǎng)絡(luò)的性能提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。 規(guī)模型泛在系統(tǒng)非基于領(lǐng)域知識的自演化與自導(dǎo)向診斷研究 25 致謝 參考文獻 (1) 楊璽 . 面向?qū)崟r監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平 [M].北京 :人民郵電出版社 ,2021. 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