一种基于分布式网络的传感器故障检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于分布式网络的传感器故障检测方法及系统，方法包括：每个传感器节点在每个监测时刻根据当前监测时刻和历史监测时刻所监测得到的监测值根据对当前时刻的状态进行自我判断；在监测时刻每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求；每个可疑传感器节点根据邻居传感器节点所获取的诊断回复，确定状态为健康状态或故障状态。本发明专利技术通过建立可信度模型进行节点可疑状态判定；随后基于邻居协作的思想向邻居传感器节点发送故障诊断请求；最后依据邻居传感器节点的诊断回复进行故障情况的分类以及状态判断。它能以少量的数据通信完成快速可靠的传感器故障检测。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式网络相关
，特别是一种基于分布式网络的传感器故障检测方法及系统。
技术介绍
随着通信技术的普及和进一步发展，对通信网络实时监控系统的要求越来越高。智能光纤配线架(Optical Distribution Frame，ODF)系统，通过在ODF端上安装传感器，构成一个传感器网络，将尾纤的插拔信息上传至网管端，可以实现对光缆的智能实时管理，用来保障管理中心对光缆资源、光缆路由、纤芯使用情况、纤芯业务状态告警等动态管理、实时监控，提高管理中心对光缆资源的管理使用效率。ODF工作环境中的振动，噪声，信道干扰，火灾等都可能导致传感器错误感知数据甚至永久故障，为防止产生错误的传感数据，保证传感器网络的正常运行，需要及时检测传感器故障。集中式和分布式是传感器故障检测的两种主要方法。集中式方法周期性收集传感器测量值和状态信息到中心节点，但大量数据通信导致靠近中心节点传感器能耗加快，缩短传感器网络的生命周期。分布式方法，即采用分布式网络的方法，通过与邻居传感器监测数据相比较实现可疑传感器节点的故障检测，克服了传感器节点间能耗不平衡的问题，但依然存在邻居传感器节点集合间突发大量数据通信导致拥塞的情况，影响故障检测的效率和准确性。因此基于分布式方式以少量数据通信完成快速可靠的传感器故障检测成为需要解决的问题。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有技术对分布式网络的故障检测效率和准确
性较低的技术问题，提供一种基于分布式网络的传感器故障检测方法及系统。本专利技术提供一种基于分布式网络的传感器故障检测方法，包括：状态自我判断步骤，每个传感器节点在每个监测时刻根据当前监测时刻和历史监测时刻所监测得到的监测值根据对当前时刻的状态进行自我判断；诊断发送步骤，在监测时刻每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求；状态协同判断步骤，每个可疑传感器节点根据邻居传感器节点所获取的诊断回复，确定状态为健康状态或故障状态。本专利技术提供一种基于分布式网络的传感器故障检测系统，包括：状态自我判断模块，用于：每个传感器节点在每个监测时刻根据当前监测时刻和历史监测时刻所监测得到的监测值根据对当前时刻的状态进行自我判断；诊断发送模块，用于：在监测时刻每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求；状态协同判断模块，用于：每个可疑传感器节点根据邻居传感器节点所获取的诊断回复，确定状态为健康状态或故障状态。本专利技术通过建立可信度模型进行节点可疑状态判定；随后基于邻居协作的思想向邻居传感器节点发送故障诊断请求；最后依据邻居传感器节点的诊断回复进行故障情况的分类以及状态判断。它能以少量的数据通信完成快速可靠的传感器故障检测。附图说明图1为本专利技术一种基于分布式网络的传感器故障检测方法的工作流程图；图2为本专利技术最佳实施例可疑传感器节点自我判断的工作流程图；图3为本专利技术实施例发送时间窗口示意图；图4为本专利技术最佳实施例基于邻居协作的故障诊断请求发送和诊断
回复过程的工作流程图；图5a为本专利技术最佳实施例的邻居传感器节点的一种情况示意图；图5b为本专利技术最佳实施例的邻居传感器节点的另一种情况示意图；图5c为本专利技术最佳实施例的邻居传感器节点的再一种情况示意图；图6为本专利技术最佳实施例的状态判定工作流程图；图7为本专利技术一种基于分布式网络的传感器故障检测系统的系统模块图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明。如图1所示为本专利技术一种基于分布式网络的传感器故障检测方法的工作流程图，包括：步骤S101，每个传感器节点在每个监测时刻根据当前监测时刻和历史监测时刻所监测得到的监测值根据对当前时刻的状态进行自我判断；步骤S102，在监测时刻每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求；步骤S103，每个可疑传感器节点根据邻居传感器节点所获取的诊断回复，确定状态为健康状态或故障状态。分布式传感器故障检测需重点解决两个问题，一、可信的可疑传感器节点判断，二、诊断请求发送时机。一旦传感器节点数据异常立刻转为可疑传感器节点并向邻居传感器节点发送诊断请求的方式并不合理，数据突变可能是由于环境中确实存在突发事件而导致，例如温度传感器监测区域的温度骤升时监测数据会发生突变。因此需要判断节点是否切实可疑，避免不必要的诊断请求传输开销。本专利技术的步骤S101通过当前监测时刻和历史监测时刻所监测得到的监测值进行判断，只有当确定可疑时，才进行步骤S102，通过邻居传感器节点的协作，在步骤103确定状态。本专利技术通过建立可信度模型进行节点可疑状态判定；随后基于邻居协作的思想向邻居传感器节点发送故障诊断请求；最后依据邻居传感器
节点的诊断回复进行故障情况的分类以及状态判断。它能以少量的数据通信完成快速可靠的传感器故障检测。在其中一个实施例中，所述步骤S101，具体包括：初始化每个传感器节点的可信度θ为1；每个传感器节点在每个监测时刻，执行如下计算：计算包括当前监测时刻t在内的k个监测数据的均值和方差计算包括前一监测时刻t-1在内的k个监测数据的均值和方差其中k为预设平均数量；根据修改可信度θ*其中为预设修正值；如果经过修改的可信度θ小于或等于预设可疑分界阈值ε，则判断传感器节点为可疑状态，否则判断传感器节点为健康状态。判断节点是否可疑，是根据其监测数据是否可信来实现的。通过传感器节点当前监测数据相对于历史数据的变化趋势来确定当前监测数据是否可信。本实施例通过方差来量化监测数据的变化趋势，数据方差较小时，说明数据比较稳定。假设传感器节点可以保存k个数据，分别为t-k,t-k+1,…t-1时刻的数据d1,d2,…dk。设是这k个数据的均值，依照公式(1)计算这k个数据的方差 S t - 1 2 = Σ i = 1 k ( d i - d ‾ t - 1 ) 2 / k - - - ( 1 ) ]]>t时刻数据为dt，则当前k个数据的均值依照公式(2)计算 S t 2 = Σ i = 2 k 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布式网络的传感器故障检测方法，其特征在于，包括：状态自我判断步骤，每个传感器节点在每个监测时刻根据当前监测时刻和历史监测时刻所监测得到的监测值根据对当前时刻的状态进行自我判断；诊断发送步骤，在监测时刻每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求；状态协同判断步骤，每个可疑传感器节点根据邻居传感器节点所获取的诊断回复，确定状态为健康状态或故障状态。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式网络的传感器故障检测方法，其特征在于，包括：状态自我判断步骤，每个传感器节点在每个监测时刻根据当前监测时刻和历史监测时刻所监测得到的监测值根据对当前时刻的状态进行自我判断；诊断发送步骤，在监测时刻每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求；状态协同判断步骤，每个可疑传感器节点根据邻居传感器节点所获取的诊断回复，确定状态为健康状态或故障状态。2.根据权利要求1所述的基于分布式网络的传感器故障检测方法，其特征在于，所述状态自我判断步骤，具体包括：初始化每个传感器节点的可信度θ为1；每个传感器节点在每个监测时刻，执行如下计算：计算包括当前监测时刻t在内的k个监测数据的均值和方差计算包括前一监测时刻t-1在内的k个监测数据的均值和方差其中k为预设平均数量；根据修改可信度θ，其中为预设修正值；如果经过修改的可信度θ小于或等于预设可疑分界阈值ε，则判断传感器节点为可疑状态，否则判断传感器节点为健康状态。3.根据权利要求2所述的基于分布式网络的传感器故障检测方法，其特征在于，所述修正值与所述可以分界阈值ε的关系为其中m为预设准确率权重。4.根据权利要求2所述的基于分布式网络的传感器故障检测方法，其特征在于：在监测时刻每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求，其中第i个可疑传感器节点所发送的诊断请求包括和loc，其中为第i个可疑传感器节点在监测时刻t的方差，loc为第i个可疑传感器节点的位置坐标；所述状态协同判断步骤，具体包括：每个可疑传感器节点的协作区域内的邻居传感器节点接收到所述诊断请求后，返回诊断回复，所述诊断回复采用如下方式确定：接收到第i个可疑传感器节点所发送的诊断请求的第j个邻居传感器节点，如果第j个邻居传感器节点的状态为可疑状态，则所述诊断回复包括节点状态，且所述节点状态设置为可疑状态，如果第j个邻居传感器节点的状态不为可疑状态，则所述诊断回复包括节点状态和邻居判断结果，所述邻居判断结果根据确定，其中，cop＝1则所述邻居判断结果为健康传感器节点，cop＝0则所述邻居判断结果为故障传感器节点，为第j个邻居传感器节点在监测时刻t的方差，dij为第j个邻居传感器节点根据所接收的第i个可疑传感器节点的位置坐标计算出的第i个可疑传感器节点和第j个邻居传感器节点的距离，λ为预设故障分界阈值；每个可疑传感器节点接收到诊断回复后，采用如下方式判断状态：如果协作区域内超过半数的邻居传感器节点的状态为健康状态，则可疑传感器节点的状态与健康状态的邻居传感器节点所返回的邻居判断结果一致；如果协作区域内超过半数的邻居传感器节点的状态为可疑状态，则等待预设时间段后，重新执行所述诊断发送步骤；如果协作区域内超过半数的邻居传感器节点的状态为故障状态，则
\t可疑传感器节点的状态与故障状态的邻居传感器节点所返回的邻居判断结果相反。5.根据权利要求1～4任一项所述的基于分布式网络的传感器故障检测方法，其特征在于，所述诊断发送步骤，具体包括：每个自我判断为可疑状态的可疑传感器节点在监测时刻t获取发送时间窗口，在所述发送时间窗口内向协作区域内的邻居传感器节点发送诊断请求；所述发送时间窗口为：t+i×L，其中，i为随机数，且i∈Z，0≤i<w，L为每个发送时间窗口的时间间隔，w为能够选择的发送窗口的数量。6.一种基于分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：李爱东，陈诚，陈振辉，时隽，程小蓉，陈辉煌，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力调度控制中心，中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44