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无线传感器网络故障检测研究
摘要:针对无线传感器网络资源受限特点,研究了故障管理相关内容,比较说明故障检测的几种常见方法,对无线传感器网络应用具有一定指导意义。
关键词:无线传感器;资源受限;故障管理;故障检测
无线传感器网络是由大量低成本且具传感、数据处理和无线通信能力传感器节点通过自组织方式形成的网络。它独立于基站或移动路由器等基础通信设施,通过特定分布式协议组织起来形成网络。它能协作实时监测、感知和采集网络分布区域内各种环境或监测对象信息,并对信息进行处理,使需要信息用户在任何时间、地点和环境条件下获取大量详实可靠信息。
随着无线传感器网络应用范围扩展,常被部署在极端环境来收集外部环境数据。由于传感器节点电源、存储和计算能力有限,且应用环境恶劣,使得传感器节点比传统网络节点更易失效。因此,对无线传感器网络故障管理非常重要。
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当网络或系统出现故障时,网络故障管理便成管理员首选手段。因此,故障管理事实上是整个网络管理重中之重。但由于网络故障涉及不同厂商和类型设备,涉及复杂网络拓扑结构,涉及不同组织对故障类型的不同定位规则。
对用户来说,希望日常工作和生活中网络运营畅通,信息传输不受任何网络故障干扰。对网络管理者来说,他们希望在网络运营过程中,能很快得到故障发生原因。这些方面因素使对无线传感器网络故障管理研究在近年来发展缓慢。下面参照传统网络故障管理,将无线传感器网络故障管理分三阶段:故障检测、故障诊断和故障恢复来分别说明。
(1)故障检测。
为确定故障存在,需收集与网络状态相关数据。一般来说,网络发生故障后,网络设备将处于不正常状态。通过获取设备状态信息,可及时发现网络故障。收集网络状态信息有两种方法:设备向管理系统报告关键网络事件;由网络管理系统定期查询网络设备状态,即主动轮询。
一般网络管理系统将两种方法结合使用。当对网络组成部件状态进行检测后,简单故障通常被记录在错误日志中,不作特别处理。而严重故障则需通过网络管理器,即所谓“告警”。
网络设备一般都具感知异常情况能力,当设备发现自身或网络严重异常时,它采用告警方式报告给网管中心,因此,故障检测一般由网络中设备完成。
(2)故障诊断。
故障会在网络中传播,所有感知到故障的网络对象(包括物理和逻辑对象)都会发生告警,在大型网络中,一个故障可能会引起大量告警。故障诊断就是对网络设备发出告警进行处理,从众多告警中找到故障发生原因和故障节点。在网络故障诊断中,理想告警应包含有关故障五W 信息(Who、What、Where、When 和why)。由于网络设备对自身以外网络情况了解有限,所以网络设备产生的大部分网络告警只回答了who、what和when,而故障诊断要进行where和why推理。另外,告警噪声存在进一步增加故障诊断难度,告警噪声包含告警丢失、延迟、重复和虚假告警等。
(3)故障恢复。
故障恢复主要目的是根据识别的故障原因,自动或手动对网络进行控制操作,恢复网络正常运行。
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(1)集中式方法。
集中式方法是无线传感器网络中较常见方法,一般来说是物理或逻辑上处中心位置节点,负责对网络进行监控,追踪失败或可疑节点。由于中心节点负责事务较多