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传感器节点与太阳能杀虫灯组件的故障
时间:2021-11-09 22:25 所属分类:科技论文 点击次数:
3.1.1根据行为。
如果出现WSNs中的故障,传感器节点的表现包括不能发送数据、发送错误的数据或间断性发送数据。根据这种方法,将故障分为软故障和硬故障。硬性故障是由于感应器模组部件被完全损坏而不能与其它传感器通讯[15]。受损部件有可能,但不限于通信模块或接收模块故障、电池损坏、受到雨水侵蚀和通信半径超过[16]。感应器仍处于激活状态,但发送了错误数据或者有时无法发送数据,则表明WSNs处于软故障状态[17],例如,发送了不正常的杀虫计数数据或中断发送杀虫计数数据。
3.1.2根据时间。
根据对故障持续时间的分析,可以把故障划分为持久故障、间歇故障和瞬时故障[18,19]。永久失效常常伴随着硬故障,如电池出现故障,SIL-IoTs节点无法连接到网络,既不能上载数据,也不能杀虫。从无故障到故障状态的连续切换可以看出传感器节点或网络处于间歇性故障,例如频繁启动SIL-IoTs灯管。瞬时故障是发生在短时的间歇性故障,它会自行恢复,通常由于外界环境变化等原因而难以诊断。
3.1.3组件基础。
SIL-IoT由硬件(各种传感器,传统的太阳能杀虫灯组件,无线通讯模块)和软件(协议栈、后台控制程序,传感器驱动文件)组成。元件失效时,将导致SIL-IoTs行为发生改变,从而引起硬或软故障。根据构件故障可分为节点故障、网络故障、基站故障和后端故障。“节点故障”指的是传感器节点与太阳能杀虫灯组件发生故障,其中传感器节点主要由传感器单元、数据处理单元、无线收发器及电源组成[20]。电池组容量不足很容易引起结点故障,所以必须采用好的能量管理方法,防止部分关键节点能量降低太快而导致整个网络失效。表1显示了根据第2节的构成,太阳杀虫灯节点可能出现的部分失效,其中大多数是由于不完善的生产工艺或硬件老化问题[22,23]。传感节点之间通过通讯链路相互连接,当链路发生故障时不能发送节点消息或有很大的延迟。路由决定消息传递的路径,当路由发生软件故障时,信息就会发送到错误的目的地,甚至会引起本地区域链路阻塞或发包冲突。基站负责对采集的数据进行汇总,通过网关向应用层发送,当基站发生故障时,整个网络信息都会丢失,造成严重后果。另外,局域拥塞会扩散到基站,影响基站接收到其它节点的数据。后端故障主要来自软件故障或黑客入侵。当黑客入侵时,后台决策系统收到错误指令,导致整个网络出现故障。应采取相应的安全措施,防止黑客入侵。
3.1.4地区基础。
根据故障影响的范围可以分为局部故障和全局故障。局部性故障表现为一个或多个结点发生故障。当关键节点受到影响,进而对整个网络产生影响时,称为全局故障。若不对故障进行正确的诊断和恢复措施,局部故障就会演化为全局故障。例如,区域害虫的爆发会引起区域SIL-IoTs节点网络的故障,如果不迅速调整网络拓扑,害虫爆发区的邻区节点就会出现链路阻塞,多次重复承包等影响,使能量迅速下降,并进一步扩大,最终迫使SIL-IoT整体失效。
在这四种故障类型中,实际故障类型通常不以某一故障类型来描述,而在这四种特征下精确地描述。举例来说,某SIL-IoTs节点A电池组因元件损坏和永久不能发送数据等特点而发生损坏,就会被称为永久节点硬性故障。在没有良好拓扑控制和备份路由的情况下,A节点的上一跳节点B会重复地将A节点A接管到故障节点A,但在这个时候节点B和节点A之间存在网络故障。B结点电量因短时能耗异常而处于永久结点状态,是永久结点严重故障。如果B节点的邻接节点C本来通过B节点发送分组,但是当B节点发生故障时,暂时不能发送成功,然后通过其它无故障节点成功发送数据包,C节点就是一个暂时性软故障。另外,如果A、B两个结点要负责转发数据,那么此时与A、B结点的关联区域就会发生本地网络故障。如果对全局有影响,则是全局网络故障。
上面提到的单一原因(某一SIL-IoTs节点A电池损坏)引起的各种故障(节点A、B、C都有故障),还有许多原因导致的各种故障,例如复合故障。复合故障是多种故障同时出现的特殊故障,是WSNs故障诊断的难点。SIL-IoTs中复合故障包括但不限于:节点网络故障和由虫害爆发引起的临时区域节点不能传输数据;两者引起的结果相似,且同一时间很难诊断;节点软故障与网络故障同时发生,此时,由于网络故障,部分软故障节点不能将数据传送到后台,因此只能检测网络故障;太阳能杀虫灯管、高压网或风扇出现故障时,若节点软故障同时出现导致杀虫数据异常,这个时候要用不同的成分来诊断不同的参数,否则很难诊断出故障类型。为此,对WSNs现有的故障诊断方法进行研究,对其是否适用及如何应用到SIL-IoTs进行研究就显得尤为重要。