无线传感器网络系统的故障诊断技术研究综述

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无线传感器网络故障检测研究

无线传感器网络故障检测研究无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量分布式的传感器节点组成的网络，可以感知、采集和处理感兴趣的环境信息。

WSN的故障检测是提高系统可靠性和稳定性的重要研究方向之一。

本文将对无线传感器网络故障检测的研究进行综述，介绍传感器网络故障的类型、检测方法和相关研究成果。

一、无线传感器网络故障类型无线传感器网络的故障类型多样，可以分为节点故障和链路故障两类。

1. 节点故障：节点故障是指网络中某个或多个节点无法正常工作或执行任务。

例如，传感器节点的能量耗尽、硬件损坏或软件故障等。

2. 链路故障：链路故障是指两个节点之间的通信链路出现异常或中断。

例如，信号干扰、信道质量下降或信号传输延迟等。

二、无线传感器网络故障检测方法无线传感器网络故障检测方法主要有两类：基于无线传感器网络自身的监测和基于外部监测的方法。

1. 基于无线传感器网络自身的监测：这种方法通过节点间的相互通信和协作，对节点和链路的状态进行监测和检测。

常见的方法包括：（1）心跳机制：节点周期性地发送心跳消息给相邻节点，监测通信链路的质量和稳定性。

如果心跳消息发送失败或未收到回复，就可以判断节点或链路存在故障。

（2）高斯过程模型：利用高斯过程模型对网络中的节点数据进行建模和分析，可以识别出异常节点，并判断节点是否发生故障。

2. 基于外部监测的方法：这种方法通过外部监测设备对网络的节点和链路进行定期或实时的监测和检测。

常见的方法包括：（1）可视化监测：利用摄像头、红外传感器等设备对节点和通信链路的状态进行实时的可视化监测。

通过观察监测结果，可以发现节点和链路的异常情况。

（2）网络流量监测：通过监测网络中的数据传输流量和数据包丢失率等参数，可以判断节点和链路是否存在故障。

三、无线传感器网络故障检测相关研究成果无线传感器网络故障检测是一个广泛研究的领域，在理论和实践上都取得了一定的成果。

以下是一些相关研究成果的例子：1. 异常检测算法：研究者提出了各种基于机器学习和数据挖掘的异常检测算法，可以通过对传感器数据的分析，识别出节点数据的异常情况。

无线传感器网络综述

历史以及发展现状（续）
之所以国内外都投入巨资研究机构纷纷开展无线传感器网络的研究，很大程度归功于其广阔的应用前景和对社会生活的巨大影响。
WSN的体系结构
01
传感器网络结构
02
汇聚节点
WSN的体系结构（续）
传感器节点结构
传感器网络协议栈
WSN的体系结构（续）
WSN的特征
与无线网络的区别传感器网络集成了监测、控制以及无线通信的网络系统，节点数目庞大（上千甚至上万），分布密集，因环境和能量的耗尽，容易出现故障，节点通常固定不动。能量、处理能力、存储能力、通信能力有限。不同于传统无线网络的高服务质量和高效的带宽的利用，节能是其设计的首要考虑因素。
WSN的应用（续）
WSN的应用（续）
智能家居
家电和家具中嵌入传感器节点，通过无线网络与Internet连在一起。为人提供人性化的家居环境。例：Avaak 提供一个只有1立方英寸大小的自治产品。这个微型的无线视频平台包含有一节电池、无线电、摄像相机、(彩色成像器加镜头)、控制器、天线和温度传感器。（如图）
WSN的应用（续）
WSN的应用（续）
建筑物状态监控
利用传感器网络监控建筑物的安全状态。例：Microstrain在佛蒙特州的一座重载桥梁上安装了一套该公司研制的系统，将位移传感器安装在钢梁上用来测量静态和动态应力，并通过无线网络来采集数据。该无线系统可以保留在桥梁上用于长期监测桥梁是否处于正常受控状态。（如图）
历史以及发展现状
国外：
起源于美国，根源可追溯到1978年由国防部高级研究计划署（DARPA）在卡内基-梅隆大学发起的分布式传感器研讨会。具有代表性的项目包括：1993-1999年间由美国国防高级研究计划署(DARPA)资助，加州大学洛杉矶分校(UCLA)承担的WINS项目； 1999-2001年间由DAPRA资助UC Berkeley承担的Smart Dust项目。

无线传感器网络的故障排除与维护技巧

无线传感器网络的故障排除与维护技巧无线传感器网络（Wireless Sensor Network，简称WSN）是一种由大量分布式传感器节点组成的网络，用于采集、处理和传输环境中的信息。

它在农业、环境监测、智能交通等领域发挥着重要作用。

然而，由于节点数量众多、分布广泛，WSN在运行过程中难免会出现各种故障。

本文将介绍一些故障排除与维护技巧，帮助用户快速解决WSN的问题。

一、节点故障排查节点是WSN的基本组成单元，其正常运行对整个网络的稳定性至关重要。

当节点出现故障时，首先需要检查节点的电源是否正常。

如果节点无法正常供电，可以通过更换电池或充电来解决问题。

另外，还需要检查节点的天线是否连接良好，确保信号传输的稳定性。

如果节点的电源和天线都正常，但仍然无法正常运行，可能是节点内部硬件出现问题。

此时，可以尝试将节点与其他正常节点进行交换，以确定是节点本身的问题还是环境的问题。

如果节点在其他位置能够正常运行，说明环境对节点的影响较大，可以考虑调整节点的位置或增加信号放大器等设备来解决问题。

如果节点在其他位置仍然无法正常运行，可能是节点硬件损坏，需要更换节点。

二、信号传输故障排查WSN中的节点通过无线信号进行数据传输，因此信号传输的稳定性对整个网络的正常运行至关重要。

当出现信号传输故障时，首先需要检查节点之间的距离是否过远。

信号传输的距离受到环境和设备的影响，如果节点之间的距离过远，可以考虑增加中继节点或信号放大器来扩大传输范围。

另外，还需要检查节点之间是否存在障碍物。

障碍物如墙壁、建筑物等会阻碍信号的传输，导致信号弱化或丢失。

如果发现有障碍物存在，可以考虑调整节点的位置或增加信号放大器来解决问题。

三、网络拓扑故障排查WSN的网络拓扑是指节点之间的连接方式和组织结构。

当网络拓扑出现问题时，可能会导致数据传输的中断或延迟。

为了排查网络拓扑故障，可以通过以下步骤进行：1. 检查网络拓扑图：查看网络拓扑图，确认节点之间的连接方式是否符合设计要求。

无线传感器网络故障诊断检测技术

无线传感器网络故障诊断检测技术摘要：随着现代社会的发展和研究领域的深入使现代传感器技术、微机电系统、通信技术、嵌入式计算机技术和分布式信息处理技术等成为无线传感器网络的综合性的交叉领域。

在当今社会广泛应用，为了使无线传感器网络的应用质量达到保证，针对无线传感器网络故障的研究是必要的。

本文通过对无线传感器网络的应用、性能指标来研究其故障诊断和技术方法。

关键词：无线传感器网络、故障诊断1绪论1.1无线传感器的结构及特点传感器节点、汇聚节点和管理站等结构组成无线传感器网络。

在监测区域附近存在大量自我组织构成网络的传感器节点。

节点得到的数据经逐个节点传输并且数据被多个节点处理后路由到汇聚节点，最后通过Internet等无线传输方式到达管理站后管理站进行监测和管理。

特点有能量资源有限、硬件资源有限、无中心、自组织、多跳路由、动态拓扑、节点数量多、可靠性等。

1.2无线传感器网络的设计要点无线网络的设计将直接影响其工作的性能和效率所以网络协议起到使各个独立的节点组成可以进行多跳的数据网络而时间同步实现了其自身协议运行、数据融合、协同睡眠及定位的基础；目标定位确定节点位置，硬件平台和嵌入式操作系统也是无线传感器网络的主要因素，通过拓扑控制对自组织的无线传感器网络生成良好的网络结构从而提高路由协议和MAC协议的效率。

2无线传感器网络故障的应用2.1无线传感器网络的应用领域1)军事应用在军事应用中无线传感器网络可以达到实现对敌军行为的实时监控、监测、目标位置锁定、战场的评估、核攻击、核生化武器攻击的监测搜索等任务还可以对周围各种参数进行实时分析和信息进行采集，如温度、湿度、气体、声音、磁场、红外线、震动等。

作战时在友军身上装入传感器节点可起到保护友军的作用，避免误伤，在定位导弹发射点和飞机抛撒等方面也起到重要作用。

低成本的网络且具有容错性有优势，因此，常常被国家的军队所关注。

2)医学、健康监测应用用于医学研究和检测治疗，在医疗系统和健康护理方面应用广泛，可监测人体多种生理指标数据并且对患者和医生的行为进行跟踪定位，医院的药物管理等。

无线传感器网络故障诊断分析与研究

0引言,,,,,,,,,。

1无线传感器网络的概述,,,。

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2无线传感器网络故障的诊断方法,,。

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2.1通过软件调试的方式,,,,,,,,[3]。

Clairvoyant,,,,,。

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,,无线传感器网络故障诊断分析与研究王聃(哈尔滨广厦学院,黑龙江哈尔滨150025)【摘要】随着科学技术的不断发展,无线传感器网络在各行各业中得到了广泛的应用。

由于大量资源受限的节点存在于无线传感器网络中,使得无线传感器网络发生故障的概率要高于传统网络。

为了有效解决网络故障,对发生故障的原因进行分析,并提出针对性的解决措施,提高无线传感器网络的应用效果。

【关键词】无线传感器网络;网络故障;故障分析中图分类号:TP212.9;TN929.5文献标识码:A DOI:10.19694/ki.issn2095-2457.2020.31.11作者简介:王聃（1982-），女，吉林梅河口人，副教授，硕士，研究方向为计算机应用，无线传感器网络。

27Science&Technology Vision科技视界,,,。

2.2建立特定的判断模型,,,,。

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,:,,,,,,。

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,[1-2]。

3无线传感器网络故障解决方法,,,。

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,,。

,,,,,,,,,,,。

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,,,,,,,,,[3]。

4结束语,,,,。

,,,,。

【参考文献】[1]邓兵.无线传感器网络多级融合的机械故障诊断方法[J].测试与诊断，2017（1）:92-96.[2]田伟.无线传感器网络中节点故障诊断方法的研究[J].计算机工程与应用，2018（46）:95-96.[3]杨健.无线传感器网络容错关键技术研究[J].南京邮电大学学报，2020.28Science&Technology Vision 科技视界。

无线传感器网络安全路由协议技术研究综述

１引言
随着无线电、传感、嵌入分布式、无线通信等技术的发
由所用资源等几个方面．因此攻击者主要从这几个方面实施
入侵和破坏。例如主动攻击路由请求和建立过程中存在的漏
ｃｕｒｉｔｙｏｆＬＥＡＣＨｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｉｔｒｙｃｌｕｓｔｅｉｎｒｇｏｕｒｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｅｆｉｃｉｅｎｔａｎｄｓｅｃｕｒｅｒｏｕｔｉｎｇｐｏｔｒｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅｍｕｈｉｃａｓｔｒｏｕｔｉｎｇ
洞，通过破坏正常无线路由广播信息的准确性和合理性，或者
展，无线传感器网络在工业、农业、军事、航空等多个领域
得到了广泛应用。部署的传感器节点自身具有无线通信、监
恶意修改、删除正常通信过程中的路由控制信息。另外，篡改
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＳｕｒｖｅｙｏｎＳｅｃｕｒｅＲｏｕｔｉｎｇＰｒｏｔｏｃｏｌｓｆｏｒｒＮｅｔｗｏｒｋｓ
ｐｒｏｔｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｒｏｕｔｉｎｇｐｏｔｒｏｃｏｌ，ｓｅｃｕｒｅｍｕｃｈｒｏｕｔｉｎｇｐｏｔｒｏｃｏｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈ，ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｅｖｅｒａｌｒｅｐｒｅｓｅｎ — ｔａｔｉｖｅｓｅｃｕｉｒｔｙｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌ，ａｎｄｐｏｉｎｔｓｏｕｔｔｈａｔｔｈｅｓｅｃｕｉｔｒｙｏｆｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｒｏｕｔｉｎｇｐｒｏｔｏｃｏｌｒｅｓｅａｒｃｈｄｅｍａｎｄ

无线传感器网络中的数据异常检测技术研究

无线传感器网络中的数据异常检测技术研究随着物联网的发展和智能化水平的提高，无线传感器网络（WSN）应用越来越广泛。

无线传感器网络是指由大量的传感器节点组成的自组织多跳网络，能够采集和处理环境中各种感知数据，如温度、湿度、压力、光强等。

这些传感器节点互相通信并协同工作，以完成协调管理和数据采集任务。

在这个过程中，异常数据的检测和处理是关键问题之一。

一、数据异常检测技术的意义和目的无线传感器网络中异常数据的检测，是指通过各种算法和技术手段，对传感器节点从传感器获取的数据进行处理和分析，检测出不符合规律和模式的异常数据。

异常数据可以是由于传感器节点硬件故障、软件错误、网络丢包、噪声干扰等原因导致的，也可以是由于环境突变、人为干扰、恶意攻击等原因引起的。

不论异常数据来源的不同，如果不及时发现和处理，都会影响数据采集的质量和可靠性，从而对监测和控制系统的正确性和健壮性带来隐患。

因此，在无线传感器网络中，数据异常检测技术的意义和目的就在于此，即保证数据质量，提高系统可靠性。

二、数据异常检测技术的方法和分类数据异常检测技术可以采用多种方法和技术。

按照不同的分类方式，可以将其分为以下几类：1. 基于统计方法的异常检测技术基于统计方法的异常检测技术是常用的一种技术手段，其基本原理是利用传感器节点数据的统计特性，对传感器节点的实时数据进行计算和比较，判断其是否与期望的数据分布模型相符。

如果不符合，就认为该数据存在异常。

这种方法具有较高的鲁棒性和可靠性，但也存在一些问题，如需要大量的历史数据支持，并且对于复杂的非线性系统或数据分布较为分散的场景，可能会出现漏检和误检等问题。

2. 基于机器学习的异常检测技术机器学习是近年来有较大发展的一种技术领域，可以用来处理复杂的数据模式。

基于机器学习的异常检测技术主要采用期望最大化、偏差、离群点检测等方法，通过建立模型，对传感器节点的非线性关系和复杂模式进行学习和累积，以提高检测精度和效率。

无线传感器网络故障诊断与容错控制研究进展

Ｒｅｅｒｈｐｏｒｓｆｆｕｔｄａｎｏｉｎａｔｔｌｒｎｓａｃｒｇｅｓｏａｌｉｇｓｓａｄｆｕｌ・ｏｅａｔ —
ｃｎｒｌｉｒｌｓｅｓｒｎｅｗｏｋｓｏｔｏｎｗｉｅｅｓｓｎｏｔｒ
Ｒｅｅｔｅｕｔｆａｌｄａｎｓｓａｄｆｕｔｏｅａｔｃｎｒｌｉｒｌｓｅｓｒｎｔｏｋｒｕｖｙｄｆｏｓｃｏｎｃｎｓｌｏｕｔｉｇｏｉｎａｌ— ｌｒｎｏｔｎｗｉｅｓｓｎｏｅｗｒｓａｅｓｒｅｅｒｍｕｈｐｉｔｒｓｆｔｏｅｏｉｗａｏｏｏｙ，ｎｒ，ｎｔｒｎｎａｅｙ，ｔ．ｅｅａｉａｌｍｏｅｒｌｓｉｅｉｃｕｉｇｓｎｏｆｖｅｓｔｐｌｇｅｅｇｍｏｉｉｇａｄｓｆｔｅｃＳｖｒｌｍａｎｆｕｔｙｏｄｓａｅｃａｓｆｄ，ｎｌｄｎｅｓｒｉｎｄａｌｎｅｗｒａｌ．ｃｒｉｇｔｙｔｍｔｃｕｅｏｒｌｓｅｓｒｎｔｒｓｔｒｅｆｕｔｄａｎｓｓｏｅｆｕｔａｄｎｔｏｋｆｕｔＡｃｏｄｎｏｓｓｅｓｒｔｒｆｗｉｅｓｓｎｏｅｗｏｋ，ｈｅａｌｉｇｏｉｓｓｕｅｍｅｈｄ，ｅｆｉｇｏｉ，ｅｗｒ・ｉｇｏｉｎａｅｓａｉｎｄａｎｓｓａｅｉｔｄｃｄＲｌｔｅｆｕｔｏｅａｔｃｎｒｌｔｏｓｓｌ－ａｎｓｓｎｔｏｋｄａｎｓｓａｄｂｓｔｔ — ｉｇｏｉｒｎｒｕｅ．ｅａｉａｌ— ｌｒｎｏｔｏｄｏｏｖｔｔｃｎｌｇｅｒｐｅｅｔｄ，ｉｃｕｉｇｅｕｄｎｙｅｈｏｏｉｓａｅｒｓｎｅｎｌｄｎｒｄｎａｃｍｅｈｎｓ，ｍｕｔｒｕｅｅｉｎｙａｃｏｏｏｃｎｒｌｃａｉｍｌ —ｏｔｄｓ，ｄｎｍｉｔｐｌｇｉｇｙｏｔ，ｏｔｎｐｒｐｏｏｏｐｉｚｔｎｄｔｇｒｇｔｎａｄｉｔｌｇｎｔｏ．ｈｒｂｅａｄｆｔｒｅｅｏｍｅｔｔｎｒｓｏｒｔｃｌｏｔａｔｍｉａｉ，ａａａｇｅａｉｎｅｌｅｔｏｏｎｉｍｅｈｄＴｅｐｏｌｍｎｕｕｅｄｖｌｐｎｅｄｒｏｕｔｔｌｒｎｏｔｌｅｈｏｏｙｉｉｅｅｓｓｎｏｅｗｒｓａｅｄｓｕｓｄｆｆｌｏｅａｔｎｒｃｎｌｇｎｗｒｌｓｅｓｒｎｔｏｋｒｉｓｅ．ａ — ｃｏｔｃ

无线传感器网络研究综述

无线传感器网络研究综述摘要:无线传感器网络作为计算、通信和传感器三项技术相结合的产物,是一种全新的信息获取和处理技术。

在简要介绍无线传感器网络的基础上,分析和展望了一些有价值的应用领域。

结合已有研究,从无线传感器网络的热点问题、特点和应用三方面介绍无线传感器网络的研究现状。

随着无线通信技术、微型制造技术及电池技术的快速发展，微小的无线传感器已具备感应、无线通信及信息处理能力。

成千上万个微型传感器构成了自治的无线传感器网络。

无线传感器网络节点的微处理能力和无线通信能力使无线传感器网络有广阔的应用前景，能广泛用于军事、环境、医疗保健、空间探索及各种商业应用。

1 无线传感器网络简介无线传感器网络由许许多多个功能相同或不同的无线传感器节点组成。

每一个传感器节点由数据采集模块(传感器、A/D转换器)、数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、通信模块(无线收发器)和供电模块(电池、DC/DC能量转换器)等组成(如图1所示)。

节点在网络中可以充当数据采集者、数据中转站或类头节点(cluster-head node)的角色。

作为数据采集者,数据采集模块收集周围环境的数据(如温度、湿度),通过通信路由协议直接或间接将数据传输给远方基站(base station)或汇节点(sink node);作为数据中转站,节点除了完成采集任务外,还要接收邻居节点的数据,将其转发给距离基站更近的邻居节点或者直接转发到基站或汇节点;作为类头节点,节点负责收集该类内所有节点采集的数据,经数据融合后,发送到基站或汇节点。

图1 传感器节点结构框图与传统Ad Hoc网络相比,无线传感器网络具有一些明显的特征: (1)网络节点密度高,传感器节点数量众多,单位面积所拥有的网络节点数远大于传统的Ad Hoc网络; (2)传感器节点由电池供电,节点能量有限; (3)网络拓扑变化频繁; (4)网络应具备容错能力。

2 无线传感器网络的热点问题2.1 安全问题通常，在无线传感器网络中，大量的传感器节点密集分布在一个区域里，消息可能需要经过若干节点才能到达目的地，而且传感器网络具有动态性和多跳结构，要求每个节点都应具有路由功能。

传感器网络中的节点故障诊断研究

传感器网络中的节点故障诊断研究传感器网络是一种由多个小型节点组成的、能够实时感知和反馈环境数据的分布式系统。

这些节点通常被布置在需要进行监测和控制的实际场景中，如工厂、农田、城市交通等。

传感器网络通过无线通信和数据共享来实现对目标环境的全面监测和控制，可以提高资源利用效率，促进社会经济的发展。

然而，在实际应用中，由于传感器节点的数量众多且地理位置分散，节点的运行状况不可避免地会出现一些问题。

传感器节点的故障可能会对整个网络造成严重影响，例如：节点失联可能导致某些区域的数据采集中断，严重时可能会影响到整个系统的运行。

因此，研究如何在传感器网络中进行节点故障诊断成为一项重要的研究内容。

传感器网络中的节点故障诊断主要包括四个方面的内容：故障检测、故障类型诊断、故障位置定位以及故障处理。

一、故障检测故障检测是指在传感器网络中发现节点故障的过程。

节点的故障主要包括两类：失效故障和偏差故障。

失效故障是指节点完全失效，无法正常工作，例如：节点无法响应通信请求，不能采集到环境数据等；偏差故障是指节点的输出与真实值之间存在一定的误差，例如：节点可能由于环境变化导致其感知的数据产生偏差。

通常，故障检测需要采用多种不同的控制方法：例如，基于统计方法、基于机器学习方法、基于信息论方法等。

当一个节点发生故障时，这些方法可以帮助系统检测到故障并尽快解决。

二、故障类型诊断故障类型诊断是指识别节点故障的类型。

一般分类为硬件故障和软件故障。

硬件故障指的是节点硬件运行状态不正常，例如传感器读数偏移、传输丢失等问题。

软件故障通常是由于节点程序发生的错误，例如节点程序崩溃、编码错误、缓存覆盖等。

进行故障类型诊断通常需要采用一些故障诊断模型。

这些模型利用了传感器网络中节点传输数据的模式等一些统计量，通过机器学习等辅助技术能够将失效的节点分类并确定其故障类型，从而准确快速地进行处理。

三、故障位置定位故障位置定位是指定位出故障节点在传感器网络中的位置。

无线传感器网络的故障排除与维护

无线传感器网络的故障排除与维护无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在空间中的传感器节点组成的网络系统，用于收集、处理和传输环境中的信息。

WSN广泛应用于环境监测、农业、医疗、交通等领域，但在长时间运行过程中，难免会出现故障。

本文将探讨WSN的故障排除与维护，以提高网络的稳定性和可靠性。

一、故障排查1. 节点故障WSN中的节点是网络的基本组成部分，因此，首先要排查节点的故障。

可以通过检查节点的电源是否正常、传感器是否损坏、通信模块是否正常工作等方式进行排查。

若发现节点故障，可尝试重新启动节点或更换节点。

2. 通信故障WSN中的节点通过无线通信进行数据传输，因此，通信故障可能导致网络无法正常工作。

排查通信故障时，可以检查节点之间的通信距离是否超出范围、信号强度是否正常等。

若发现通信故障，可尝试调整节点的位置、增加信号放大器等方式解决。

3. 数据处理故障WSN中的节点需要对采集到的数据进行处理和分析，若节点的数据处理功能出现故障，可能导致数据传输不正常或数据丢失。

排查数据处理故障时，可以检查节点的处理算法是否正确、处理器是否正常工作等。

若发现数据处理故障，可尝试重新配置处理算法或更换处理器。

二、维护措施1. 定期检查为了保证WSN的正常运行，需要定期对网络进行检查和维护。

可以制定检查计划，定期检查节点的电源和传感器状态、通信模块的工作情况等。

若发现异常情况，及时采取措施修复。

2. 数据备份WSN中的数据对于应用系统的正常运行至关重要，因此，需要定期对数据进行备份。

可以通过将数据存储在云端或其他存储设备上，以防止数据丢失或损坏。

3. 安全防护WSN中的数据传输可能面临安全威胁，如数据泄露、篡改等。

为了保护数据的安全，可以采取加密措施、访问控制等安全防护措施，以确保数据的机密性和完整性。

4. 系统升级随着技术的不断发展，WSN的硬件和软件也在不断更新。

为了保持网络的稳定性和功能性，需要定期对系统进行升级。

电力系统中基于无线传感器网络的故障检测与诊断

电力系统中基于无线传感器网络的故障检测与诊断电力系统作为现代社会不可或缺的重要基础设施，其稳定运行对于人民生活和经济的正常运转至关重要。

然而，由于电网规模庞大、分布广泛以及环境复杂等因素的存在，电力系统中的故障难以避免。

针对这个问题，基于无线传感器网络的故障检测与诊断成为了一个研究热点。

一、无线传感器网络的基本原理与特点无线传感器网络是由大量分布在待测区域内的节点组成的网络，通过互相通信与协作，实现对待测目标的监测、控制与数据处理等功能。

与传统有线监测系统相比，无线传感器网络具有安装便捷、成本低、自组织性强、可拓展性好等优点，因此在电力系统的故障检测与诊断中得到了广泛应用。

二、无线传感器网络在电力系统故障检测中的应用1. 故障监测无线传感器节点广泛部署在电力系统各个关键节点，通过对电流、电压、温度等信号进行实时采集和传输，实现对电力系统中潜在故障的监测。

传感器网络的自组织性和自适应性可以有效应对系统规模的动态变化和环境条件的变化。

2. 故障定位利用无线传感器网络收集到的故障数据，在监测节点之间建立拓扑关系，通过分析数据的时序性和空间关联性，可以快速准确地定位故障的发生位置。

同时，借助传感器节点的多路复用和频率带宽自适应技术，可以实现对故障信号的精确提取和定位。

3. 故障诊断无线传感器网络不仅可以实时监测电力系统中的故障信号，还可以通过数据处理和分析，对故障类型和原因进行诊断。

通过建立合适的故障模型和算法，可以实现对故障特征的提取和诊断结果的准确性提升。

三、基于无线传感器网络的故障检测与诊断的挑战与解决方案1. 传感器数据的可靠性在实际应用中，无线传感器节点可能会受到环境干扰、信号衰减等问题，导致数据的不准确性和可靠性下降。

为了解决这个问题，研究人员可以通过采用多跳传输、动态路由、数据融合等技术，提高传感器数据的可靠性和精确性。

2. 系统安全和能耗问题由于无线传感器网络一般部署在室外环境，面临着数据安全和节点能耗的问题。

无线传感器网络中的故障诊断与修复

无线传感器网络中的故障诊断与修复一、引言随着无线传感器网络（WSN）技术的不断发展，越来越多的应用场景需要使用WSN进行远程监测和控制，如智能物流、智能家居、环境监测等。

然而，WSN中由于节点数量众多、作业环境恶劣、节点易受外部干扰、节点耗电量大等特殊性质，会导致网络的故障率比较高。

因此，在WSN中设计有效的故障诊断与修复机制是十分必要和重要的。

二、故障诊断故障诊断指通过收集、分析节点数据、状态信息确定节点故障类型、故障原因的过程。

WSN中节点的故障常常表现为节点离线、节点测量数据错误、节点电量不足等。

2.1 基于节点数据的故障诊断节点数据除了作为应用的输入信息外，也能用来进行故障诊断。

比如，如果节点上报的数据突然变化或异常，则可能说明节点出了问题。

节点数据统计分析技术可用来找出节点异常情况（包括节点掉线和失真）的通用方法。

通过这种方法得到的异常模型（或称阈值模型），实现了自动检测、报警、归纳判断等功能。

2.2 基于节点状态信息的故障诊断节点状态信息可用于发现和定位故障。

节点状态包括节点连接状态、节点能耗和广播质量。

能耗监控是指监测每个节点的电量和能源消耗情况，当一个节点开始消耗能量过快时，可能预示着这个节点存在问题。

广播质量监控用于检验空间覆盖区域内节点通信质量，节点故障时，会导致广播消息丢失、重复或延迟而影响网络的正常通信。

三、故障修复故障修复指在网络故障发生时，快速恢复网络正常运行的过程。

故障修复需要包括故障自愈和远程维护。

3.1 故障自愈故障自愈是指通过设计节点的软件和硬件机制让节点在线自动修复。

常见故障自愈包括超时重传和备份恢复。

网络中交换数据的消息都需要确认，如果一定时间内没有收到确认，则源节点会重新发送消息。

这种重传机制可以解决通信过程中的故障。

备份恢复则是在节点故障时，使用节点自身的备份进行修复。

如果节点发现自己不工作了，它会通知协议栈或本地应用程序，同时向网络请求重启命令。

3.2 远程维护远程维护是指通过远距离技术，对故障节点进行维修之术，大大加强了维护的效率和降低了成本。

无线传感器网络故障诊断研究★

50收稿日期:2018-02-20*基金项目:东北石油大学研究生创新科研项目资助(YJSCX2016-029NEPU)。

作者简介:付光杰(1962—),女,满族,吉林通化人,教授,博士生导师,研究方向:电力电子与电力传动、网络无线传感器等。

引言无线传感器网络(Wireless Sensor Network,简称WSN)由大量成本低廉、型号各异的传感器节点组成,各节点在完成对目标区域感知的同时通过无线的方式进行信息交流,从而完成监测工作。

在大数据、物联网的发展背景下,WSN逐渐成为各领域的研究热点,尤其是在军事战争、安保监控、智能家居、轨道交通等领域。

但在应用的过程中常出现电源枯竭、数据处理存储性能不足等现象,加之监控区域环境复杂,导致无线传感器网络的故障率大大增加。

除此之外,由于网络中节点间的通信链路不稳定,会出现通信中断以及丢包的现象,使用户无法获取完整的信息,影响监控质量。

因此对WSN进行故障检测是必不可少的工作,并对WSN具有十分重要的应用意义。

1 无线传感器网络故障类型WSN节点一般包含传感器本体、数据存储模块、通信模块和电源模块等部分。

在实际运行中,节点常会出现部件损坏、电能不足、信号干扰、采样不精确等问题,导致节点故障并丧失监测感知功能。

WSN发生故障时可以根据故障发生原因的不同分为节点级故障以及网络级故障两种。

节点级故障即WSN中某个传感器本体出现故障,按照故障类型的不同又可分为硬故障以及软故障。

由于内部器件损伤、供电中断、短路等不可逆问题造成节点无法正常工作额故障统称为硬故障。

软故障指传感器本体某部分发生故障,但不影响节点继续运行工作,具有此种故障的节点经常会出现采集数据异常等情况,严重时可能影响无线通信功能。

网络级故障通常是指网络中各传感器节点均可以正常运行,但各节点无法进行有效的信息交流,常出现的故障包括无法连接、信道丢失、数据传输失败等。

2 无线传感器节点故障诊断方法节点故障最直观的特征就是传感器节点实时测量的数据出现错误或不准确的现象。

无线传感器网络的故障诊断与排除方法

无线传感器网络的故障诊断与排除方法无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由大量分布在空间中的小型传感器节点组成的网络系统。

这些节点能够自主地感知环境信息，并将数据通过无线通信传输到基站或其他节点。

然而，在实际应用中，由于节点的数量众多、环境复杂多变，无线传感器网络可能会遭遇各种故障。

本文将介绍一些常见的故障诊断与排除方法，以帮助解决无线传感器网络中的问题。

首先，一种常见的故障是节点失效。

节点失效可能是由于硬件故障、电力不足或通信问题引起的。

为了诊断和排除这种故障，可以采用以下方法之一。

首先，可以通过检查节点的电源供应情况来排除电力不足引起的问题。

如果节点的电池电量过低，可以更换电池或增加节点的充电频率。

其次，可以通过检查节点的通信状态来排除通信问题。

可以使用专门的工具或软件来监测节点之间的通信情况，如果某个节点无法与其他节点通信，可能是由于通信模块故障或网络拓扑问题。

最后，如果以上方法都无法解决问题，可能是由于节点的硬件故障引起的，此时需要更换节点或进行维修。

其次，无线传感器网络中常见的故障是信号干扰。

信号干扰可能来自于其他无线设备、电磁辐射或环境噪声等原因。

为了诊断和排除信号干扰引起的故障，可以采用以下方法之一。

首先，可以通过改变节点的位置或方向来减少信号干扰。

如果节点附近有其他无线设备，可以将节点远离这些设备，或者调整节点的天线方向。

其次，可以使用频谱分析仪等工具来监测信号干扰的频率和强度。

如果发现某个频段的信号干扰较强，可以尝试更换频段或调整传感器节点的工作频率。

最后，如果以上方法都无法解决问题，可能需要对整个网络进行优化，例如增加信号放大器或使用更高功率的天线。

此外，无线传感器网络中还可能遇到数据丢失或传输延迟的故障。

数据丢失可能是由于信号传输不稳定、网络拥塞或节点缓存溢出等原因引起的。

为了诊断和排除这种故障，可以采用以下方法之一。

首先，可以通过检查节点之间的信号强度和传输速率来排除信号传输不稳定引起的问题。

无线传感器网络中的节点检测技术研究

无线传感器网络中的节点检测技术研究随着科技的发展和普及，无线传感器网络的应用也越来越广泛。

它以低成本、低能耗和高可靠性为特点，可以广泛应用于农业、环境监测、智能家居等领域。

然而，在实际应用中，传感器节点会受到电池电量、物理环境和恶意攻击等因素的影响，导致节点离线、数据缺失或者错误，从而影响整个网络的可靠性和性能。

因此，节点检测技术成为无线传感器网络中一个重要的研究领域。

一、传感器节点故障检测传感器节点故障检测是指在无线传感器网络运行过程中，快速发现故障节点并及时采取相应的措施。

目前，主要的节点故障检测方法包括基于数据的方法、基于路由的方法和基于加密的方法。

基于数据的方法主要是通过对传感器数据进行统计分析，对异常数据进行判断，从而识别异常节点。

该方法的优点是不需要额外的计算和信息交换，缺点是容易受到网络环境和攻击手段的影响。

基于路由的方法是利用路由表信息和链路状态来识别异常节点。

该方法的优点是具有良好的实时性和准确性，缺点是需要更多的计算和信息交换，会消耗更多的能量和带宽资源。

基于加密的方法是通过对传输数据进行加密和认证，以保证数据的完整性和安全性，从而识别异常节点。

该方法的优点是可以避免因攻击而导致的节点故障，缺点是会增加一定的计算和通信开销。

二、传感器节点入侵检测传感器节点入侵检测是指在无线传感器网络中，对网络遭受恶意攻击的传感器节点进行快速检测和处理。

目前，常见的入侵检测方法包括基于规则的方法、基于机器学习的方法和基于异常检测的方法。

基于规则的方法是指制定一系列针对不同攻击类型的规则，根据规则匹配来判断是否存在攻击行为。

该方法的优点是能够对已知攻击进行拦截，但缺点是无法对未知攻击进行有效防范。

基于机器学习的方法是通过对网络流量进行监测和分析，利用机器学习算法对攻击特征进行分类和识别。

该方法的优点是可以较好地处理未知攻击，但需要大量的标记数据进行训练，且算法的鲁棒性需要进一步加强。

基于异常检测的方法是根据已知的正常行为模式，对网络异常行为进行检测和处理。

无线传感器网络故障诊断技术研究

下发生故障，只有对数据进行传送和测量时，可瞬间影响通信的故障；硬故障是指对节点本身以及对传感器网络造成的直接损害，例如节点本身损坏、电源布置不合理或电源能量不足都会造成无线传感器网络故障。
２．２网络级别的故障
网络级别的故障是指无线传感器的节点本身是正常的，但是在节点与节点之间的传输、协作方面上出现制约性问题，导致网络连１无线传感器网络故障评价指标接异常、通信受阻、信息丢失、ＩＰ偏差、非法入侵等等，此故障的出现无线传感器网络故障诊断的性能评价指标是以无线传感器的是直接作用于网络的，其故障的表现极其明显，而且故障出现的速网络特点和网络应用为基础制定的，其标准主要体现在诊断精度、度非常快，影响范围比较广，属于无线网络传感器网络中相对较为特殊环境诊断精度、能效性以及诊断时间四个方面。敏感的故障。诊断精度。无线传感器故障诊断精度是诊断机制对故障最直接２．３功能级别的故障的评价方式，特别是在网络安全性较高的环境中，如果不能保障故无线传感器网络功能级别的故障对于整体网络都是存在影响
通信技术
ｌ数日墩术
ｆ
无线传感器网络故障诊断技术研究
余国伟
（福建农林大学东方学院福建福州３５００１７）
摘要：随着社会的发展与不断进步，无线传感器网络得到广泛应用，但是由于无线传感器节点的能量具有制约性，导致无线传感器网络的运用环境比较脆弱，所以本文探讨一下无线传感器网络故障的诊断技术。关键词：无线传感器网络故障诊断技术中图分类号：ＴＰ２１２．９文献标识码：Ａ文章编号：１００７ — ９４１６（２０１３）０９ — ００４２－０２

无线传感器网络中持续监测与故障检测研究

无线传感器网络中持续监测与故障检测研究无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量的分布式无线传感器节点组成的网络。

这些节点可以感知环境中的物理或化学量，并将所获得的数据传输给一个集中控制节点。

WSN具有广泛的应用领域，如环境监测、智能交通、农业监测等。

在实际应用中，持续监测和故障检测是保证无线传感器网络正常运行的重要任务。

持续监测是指对无线传感器网络的运行状态进行实时监测和评估。

通过对网络中各个节点的能量消耗、传输延迟、数据传输质量等参数的监测，可以了解到网络的整体运行情况，及时发现并解决潜在的问题。

持续监测可以帮助管理员及时采取措施，避免网络性能下降或故障发生。

为了实现持续监测，在设计无线传感器网络时需要考虑以下几个关键因素：1. 节点能量管理：无线传感器节点通常使用电池供电，因此能量管理是一个重要的问题。

要实现持续监测，需要设计能够有效利用能量的节点和路由协议，并监测节点能量消耗情况，及时发现能量不足的节点并采取相应措施，如替换电池或调整节点功率等。

2. 数据传输质量监测：无线传感器网络中的节点通过无线信号进行数据传输。

为了实现持续监测，需要监测数据传输的质量。

可以通过监测数据传输的丢失率、延迟和抖动等参数，评估网络的数据传输质量，并及时发现并解决故障。

3. 节点位置监测：节点位置是无线传感器网络中的重要信息，可以帮助解决路由问题和节点部署问题。

通过定期监测节点位置，可以及时发现节点移动或损坏等问题，并采取相应措施重新规划网络拓扑或替换故障节点。

故障检测是指对无线传感器网络中可能出现的故障进行检测和诊断。

故障可能包括节点失效、通信中断、丢包等。

故障检测可以帮助管理员及时发现网络中的问题，并采取相应措施修复故障和恢复网络的正常运行。

为了实现故障检测，需要考虑以下几个关键因素：1. 故障诊断：当无线传感器网络中出现故障时，需要能够准确诊断故障原因。

可以通过监测节点的运行状态和数据传输状态等信息，进行故障诊断。

无线传感器网络故障管理机制的研究综述

Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2016, 6(4), 234-241Published Online April 2016 in Hans. /journal/csa/10.12677/csa.2016.64029Research on Fault Management Mechanism in Wireless Sensor NetworksZhansheng Chen1,2*, Cong Liu11School of Applied and Technology, Beijing Union University, Beijing2School of Computer and Information Technology, Beijing Jiaotong University, BeijingReceived: Apr. 2nd, 2016; accepted: Apr. 23rd, 2016; published: Apr. 26th, 2016Copyright © 2016 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractThe paper briefly introduces the importance of wireless sensor network fault management, de-tails the main contents of the fault management, then focuses on the part of the researchers in the wireless sensor network fault detection and fault recovery research results, and points out the di-rection of fault management in WSNs research.KeywordsFault Management, Fault Detection, Fault Recovery无线传感器网络故障管理机制的研究综述陈战胜1,2*，刘琮11北京联合大学应用科技学院，北京2北京交通大学计算机与信息技术学院，北京收稿日期：2016年4月2日；录用日期：2016年4月23日；发布日期：2016年4月26日*通讯作者。

无线传感器网络故障检测研究

无线传感器网络故障检测研究针对无线传感器网络资源受限的特点，研究了故障管理的相关内容，主要对故障检测的几种常见方法进行比较说明，对于无线传感器网络的应用具有一定的指导意义。

标签：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有传感、数据处理和无线通信能力的传感器节点通过自组织方式形成的网络［1］。

它独立于基站或移动路由器等基础通信设施，通过特定的分布式协议自组织起来形成网络。

它能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，使需要这些信息的用户在任何时间、任何地点和任何环境条件下（尤其是仅适合无线通信条件下）获取大量详实而可靠的信息。

因此，这种网络系统可以被广泛地应用于国防军事、国家安全、环境监测、交通管理、医疗卫生、制造业、反恐抗灾等领域。

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。

1 无线传感器网络故障管理。

当网络或系统出现故障时，网络故障管理便成为管理员首要用到的工具。

因此，故障管理事实上是整个网络管理的重中之重。

但遗憾的是，由于网络故障涉及到不同厂商，不同类型设备，涉及复杂的网络拓扑结构，涉及不同组织对故障类型的不同定位规则。

从用户的角度来说，希望在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。

而从网络运行和管理者角度来说，他们希望在网络运营过程中，即使发生故障，也能很快地得到故障发生的原因。

这些方方面面的因素使得对无线传感器网络故障管理的研究在近年来发展比较缓慢。

下面参照传统网络的故障管理，将无线传感器网络的故障管理分为三个阶段：故障检测、故障诊断和故障恢复［2］来分别说明。

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Abstract： The research on fault diagnosis technology is important to improve the reliability of wireless sensor network system． This paper reviews recent domestic and international fault diagnosis technology research on wireless sensor network system，including node-level hardware failure，software failure and network-level fault diagnosis techniques． And four major diagnostic techniques are made a comparison over the diagnostic speed． Finally，the sensor fault diagnosis technology trends and issues are to be made a certain analysis and discussion． Key words： wireless sensor network； topology； homogeneous network； heterogeneous network
1 WSN 系统的故障分类
WSN 系统故障分为网络级故障和节点级故障，
而网络级故障很大一部分原因是由于构成节点的部件故障引起。在实际的 WSN 中，目前还没有通用的无线传感器系统故障诊断方法。针对不同的故障，应该采取不同的诊断方法。
对于无线传感器网络系统的网络级故障诊断，按照网络拓扑结构的不确定性分为固定拓扑结构故障诊断和动态拓扑故障诊断。对于无线传感器节点，有很多分类方法，主要有：按照故障存在的时间，分为间歇性故障和永久性故障；根据故障的性质，分为硬故障和软故障。本文对传感器节点的故障诊断分析，是把硬故障和软故障作为研究的切入点。
摘要：无线传感器网络系统故障诊断技术的研究对提高系统可靠性具有重要意义。本文综述了近年来国内外对无线传
感器网络系统故障进行诊断的技术研究，主要包括节点级硬故障、节点级软故障和网络级故障的诊断技术，并对 4 种主
流诊断技术在诊断速度上作出比较。最后对传感器故障诊断技术的发展趋势和有待解决的问题作了一定的分析和
此外，对于无线传感器网络系统的故障诊断，要想实现对故障比较精确的判断和定位，通常是信息融合、神经网络、小波变换这 3 种方法的有效结合使用，从而可以对复杂的无线传感器网络系统进行故障诊断。
2． 3 网络级故障诊断技术
目前，网络级故障诊断主要研究的是拓扑结构的不确定性。根据网络拓扑结构的不确定性，可以分为固定拓扑结构故障诊断和动态拓扑结构故障诊断。 2． 3． 1 固定拓扑结构故障诊断
0引言
无线传感器网络（ WSN）是一种全新的信息获取和处理技术，其应用已扩展到许多领域，引起世界各国军事、工业、环境和学术界的极大关注。目前 WSN 系统的结构越来越复杂，功能越来越完善，自动化程度也越来越高，尽可能延长其使用寿命是近年来较热门的话题。故障节点会降低整个无线传感器网络系统的服务质量，节点的故障诊断对 WSN 系统起着重要的作用，所以需要通过故障诊断及时准确地对各种故障状态做出诊断，以提高系统运行的可靠性、安全性和有效性。
在固定网络拓扑结构中的所有传感器节点都是对等的，传感器节点感知的数据很相近，而且节点以相近的方式完成数据的收集、处理和传输。针对固定拓扑结构的故障诊断，可以使用比较相邻节点间的发送数据和向相邻节点传播检测结果进行分布式故障诊断的方法［7］。此外，Jinran Chen 等人［8］提出了 DFD（ Distributed Fault Detection）算法，该算法通过网络内部对相邻节点的感知数据进行融合分析来实现传感器节点的故障诊断。 2． 3． 2 动态拓扑结构故障诊断
在异构无线传感器网络中，传感器节点的类型具有多样性，而且使用的环境很复杂，从而导致节点所感知的数据具有不确定性。因此，对 WSN 节点进行准确的故障诊断就变得很困难。当前研究比较成熟的主要有基于信息融合的故障诊断、基于神经网络的故障诊断和基于小波变换的故障诊断。
文献［4］提出了一种多传感器信息融合在故障诊断中的应用方法，由于传感器感知数据的多样性，信息融合技术在故障诊断中具有重要的作用，是目前最常用的多传感器故障诊断技术之一。文献［5］提出一种基于神经网络预测的传感器故障诊断方法，通过神经网络对传感器感知数据进行训练，综合相关输出数据对传感器进行故障诊断定位。文献［6］提出一种基于小波变换的故障诊断方法，该方法利用小波变换来分析信号的奇异性，从而对故障进行诊断检测。
在同构无线传感器网络中，最常用的诊断技术是空间相关性诊断技术［3］。空间相关性是指网络系统中相邻的传感器节点类型相同，所感知的数据相近。可以根据相邻节点在相同时间内感知的传感数据的
变化情况来判断节点是否发生故障，当感知的传感数值变化明显，则认为该节点可能出现故障。文献［3］提出了一种具体的基于时空特性的无线传感器网络系统节点故障诊断方法，通过对相邻节点的感知数据进行聚类分析和比较，从而检测传感器节点是否发生故障。 2． 2． 2 异构无线传感器网络系统
WSN 系统根据传感器节点的数量，可以分为小规模传感器网络系统、中小规模传感器网络系统、大规模传感器网络系统和超大规模传感器网络系统。对于不同规模的传感器网络系统，不同的故障诊断方法诊断的精确性和时间性是不同的。
在实际应用中，往往根据特定的无线传感器网络系统的网络规模和类型，把上面的几种方法结合使用，以达到诊断速度快并且诊断精确率高的目的。通过对上面 4 种方法进行仿真比较，得出网络规模对于诊断技术的影响。具体的比较效果见图 2。
ZHANG Yong-jian1 ，WANG Man2
Hale Waihona Puke （ 1． School of Computer Science and Technology，Donghua University，Shanghai 201620，China； 2． Shanghai Institute of Computing Technology，Shanghai 200040，China）
目前，很多诊断方法都是基于固定网络拓扑结构的，当网络拓扑发生变化时，部分传感器节点的状态
2012 年第 1 期
张永健等：无线传感器网络系统的故障诊断技术研究综述
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将很难确定。所以对于较大规模无线传感器网络系统，通常将其分成多个簇，每个簇由簇首节点和普通节点组成，簇首节点管理同一个簇内的其他普通节点，并且负责网络系统中数据的交换、处理和转发。
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