无线传感器网络故障研究现状

无线传感器网络故障研究现状

史媛张俊莲

（成都工贸职业技术学院，611731）

摘要：随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始出现，并且引起了人们的极大关注。传感器网络将逻辑上的信息世界与真实的物理世界融合在一起，深刻地改变了人与自然的交互方式。

关键词：无线传感器；网络故障；研究现状

1前言

随着无线传感器网络应用范围的进一步扩展，常常被部署在极端环境来收集外部环境的数据。由于传感器节点的电源、存储和计算能力有限，并且应用环境恶劣，使得传感器节点比传统网络的节点更易于失效。在这些情况下维持高质量的服务，并尽可能地降低能源消耗是很有挑战性的，有效的故障管理对于达成这些目标是有极大帮助的。因此，对无线传感器网络故障进行管理是非常重要的。

2无线传感器网络的技术特点

2.1组网灵活性高

由于无线技术使得设备的移动性很强，可根据用户需求迅速布网，架构灵活的无线传感器网络系统，可保证在用户需求的任何场景架设无线传感器网络系统，如节假日、演唱会等突发事件集中的场所等等。

2.2低成本、低功耗、高可靠性

无线传感器具有成本低、低功耗等特点，由此组建的无线传感器网络比有线网络成本要低得多，不像在有线网络电缆的连接器件受损易造成故障，可靠性低等缺点。据统计，使用无线网络技术将比有线网络技术安装和维护成本降低90%。

2.3无线传感器网络的安全威胁

组成无线网络的传感器由于成本低、存储空间有限和计算能力一般，几乎没有安全防护的功能；并且自组织网络结构也无法提供相应的安全保障，非常安全的传感器网络实现起来不易，加之移动设备的处理能力、存储空间、通信带宽、电源供应等也受限，因此开放性的无线传感器网络更容易遭遇包括窃听、拒绝Dos服务、信息篡改、欺骗、泄漏隐私等各种威胁，抗干扰能力差。

3无线传感器网络故障管理

无线传感器网络的故障管理通常分为故障检测、故障诊断和故障恢复三个阶段：（1）故障检测。为了确定故障的存在，需要收集与网络状态相关的数据。一般来说，网络发生故障后，网络设备将处于不正常的状态。通过获取设备的状态信息，就可以及时发现网络中出现的故障。收集网络状态信息有两种方法：设备向管理系统报告关键的网络事件；由网络管理系统定期地查询网络设备的状态，即主动轮询。一般情况下，网络管理系统将这两种方法结合起来使用。当对网络组成部件状态进行检测后，不严重的简单故障通常被记录在错误日志中，并不作特别处理。而严重一些的故障则需要通过网络管理器，即所谓的“告警”。网络设备一般都具有感知异常情况的能力，当设备发现自身或网络中的严重不正常现象时，它采用告警的方式报告给网管中心，因此，故障检测一般由网络中的设备完成；第二，故障诊断。故障会在网络中传播，论文格式所有感知到故障的网络对象都会发生告警，在一个大型网络中，一个故障可能会引起大量的告警。故障诊断就是对网络设备发出的告警进行相关处理，从一大堆的告警中找到故障发生的真正原因，并找出故障节点。在网络故障诊断中，一个理想的告警应该包含有关故障的五W信息（Who、What、Where、When和why）。由于网络设备对于自身以外的网络情况只了解非常有限的知识，所以网络设备产生的大部分网络告警只回答了who、what和when三个问题，而故障诊断要进行where和why的推理。另外，告警噪声的存在进一步增加了故障诊断的难度，这些告警噪声包含：告警丢失、延迟、重复和虚假告警等；第三，故障恢复。故障恢复的主要目的是根据识别的故障原因，自动或手动地对网络进行控制操作，恢复网络的正常运行。

4无线传感器网络故障检测常见方法

4.1集中式方法

集中式方法是无线传感器网络故障诊断中较为常见的一种方法。一般来说，负责对网络进行监控、对失败或可疑节点进行追踪的店是处于物理上或逻辑上的中心位置节点。中心位置的节点在无线传感网络系统中所负责的事务较多。因此，无线传感器网络在运营过程中，通常是不让中间位置的节点不受到能量的限制。进而能够保证其执行大范围的故障管理任务。集中式方法的接受如集中式方法的结构如主要采用周期轮询的方式来对节点进行管理：中心节点通常采用周期性主动探测的方式发布一些探测包，来获取节点的状态信息，对获得的信息进行分析，从而确定节点是否失效。

采用集中式网络管理，所有的网络设备都由一个管理者进行管理。当信息流量不大的时候，集中式网络管理简单且有效，在失效节点定位方面具有高效和准确的优点，所以它非常适用十小型的局域网络。在集中式网络管理结构下，管理者作为“客户”要完成复杂的网络管理任务，同时还必须与多个作为“服务器”的代理交换信息。这种结构存在着较大的缺陷，主要表现为：

1）所有的分析和计算任务都集中在中心节点站，造成网络管理的瓶颈，中心节点负载过重。由于其余节点的信息收集后都是发往中心节点，因此中心节点很可能变成一个专门用于数据传输的节点以满足故障检测和管理的需要。随之而来的问题就是中心节点所在的区域会有大量的流量往来，导致该区域的节点能量消耗急剧增加，越是靠近中心节点的越是这样。

2）中心节点站一旦失效，整个网管系统就崩溃了，这样导致整个系统的可靠性偏低。

3）集中式结构导致大量的原始数据在网络上传输，带来了大量额外的通信量，占用大量的通信带宽，并导致网管系统工作效率降低。

4）用于监测网络并收集数据的代理是预先定义好且功能固定的，一旦要扩展新的功能时十分不便，这样会造成系统的可扩展性较差。

5）远端节点与管理中心之间的距离较远，且传感器网络中采用多跳通信，因此这两者之间的信息交互时延过长。

4.2分布式方法

一是节点自检测。节点自检测依赖于节点自身所包含功能进行故障检测，并将检测结果发至管理节点。硬件接口包含几个灵活电路用于检测节点方位和碰撞。软件接口包含几个软件部件，用于采样传感器节点读取行为。由于故障检测由节点本身完成，这种方法优点是不需部署额外软件或硬件节点用于故障检测。二是邻居协作。顾名思义，邻居协作基本思想是节点发出故障告警前，将节点获得故障信息与邻居（一跳通信范围内）获得故障信息进行比较，得到确认情况下才将故障信息发往管理节点。大多数情况下，中心节点并不知道网络中任何失效信息，除非那些已用节点协作方式确认的故障。这样设计减少了网络通信信息，保留了节点能量。三是基于分簇。基于分簇将整个网络分成不同簇，将故障管理也分散到各自区域内。簇内采用散播方式定位失败节点，簇头节点与一跳范围内邻居以某种规则交换信息。通过分析收集到的信息，据预先定义的失败检测规则可最终确定失败节点。如发现一个故障节点，区域所在节点将会把信息传播给所有簇。

5结束语

如今，无线传感器网络应用范围正在逐步扩大，而且多数学者认为，无线传感器网络是物联网平台实现的基础性架构。因此对于无线床干起网络的研究对实践工作具有一定的指导意义，本文主要针对无线传感器网络故障的方法进行了分类描述分析，对于指导无线传感器网络故障研究工作具有一定的指导意义。

参考文献

[1]曲家兴，周莹，王希忠，等.工业控制系统无线网络安全体系的研究[J].信息技术，2013（1）：36-38.

[2]刘云.基于流密码的无线传感器网络安全若干问题管窥[J].网络安全技术与应用，2014（10）：99-100.

[3]罗常.基于RC5加密算法的无线传感器网络安全通信协议实现技术[J].电工程技术，2014（3）：15-18.

[4]邵雯.无线传感器网络密钥管理方案研究[J].科技创新与应用，2013（14）：38-39.