1 引 言
2 SIL-IoTs及其故障诊断重要性
2.1 SIL-IoTs结构及研究进展
2.2 SIL-IoTs故障诊断重要性
3 SIL-IoTs故障诊断特征分析
3.1 SIL-IoTs故障分类
3.1.1 基于行为
3.1.2 基于时间
3.1.3 基于组件
表1 太阳能杀虫灯组件故障Table 1 Faults of SIL nodes components |
故障 | 原因 | 现象 | 厂家诊断策略 | 在WSNs中表现的特征 | |
---|---|---|---|---|---|
太阳能板 | 1.母线断线 2.热斑 | 1.布线不良 2.部分电池被遮盖 | 减少电池寿命,降低输出功率 | 监测输入电压电流 | 充电能力下降,能量较低时易出现节点与网络故障 |
蓄电池 | 1.欠压 2.硫化 3.不进电 | 1.老化 2.大电流放电 3.线路松动或整流器故障 | 启动性能与充电性能下降,无法充满电量,无法正常放电 | 监测充满后的电量,充电时长,输出电流与电压值 | 电池损坏导致永久性硬故障,无法充满电量导致网络寿命降低 |
高压电网 | 无电 | 断路或变压器损坏,虫体或残留污垢过多 | 吸引害虫至杀虫灯附近却无法杀虫,导致杀虫灯附近害虫密集 | 监测杀虫计数情况,电压情况 | 不放电导致此节点与其他节点相比能量消耗异常 |
集成电路 | 1.氧化 受雨水侵蚀 | 1.密封性不强 2.防水措施不强 | 电路失效,导致部分或所有组件无法正常使用 | 通过其他组件故障判断电路故障 | 部分或全部组件失效导致WSNs出现硬故障、节点故障、网络故障 |
灯管 | 1.灯管频繁启动 2.灯管不亮 3.灯管两端发红,但不起跳 | 1.灯管老化或电压低 2.断路 3.起跳器故障 | 无法吸引害虫至杀虫灯附近 | 监测杀虫计数情况,电压情况 | 不吸引害虫导致此节点与其他节点相比能量消耗异常 |
风扇 | 停转或转速异常 | 电机老化,电压不足,吸入异物 | 电机损坏,害虫吸引至杀虫灯附近却无法杀虫 | 监测电压电流情况 | 停转导致此节点与其他节点相比能量消耗异常 |
3.1.4 基于区域
3.2 WSNs故障诊断研究方法
表2 WSNs故障诊断算法Table 2 Fault diagnosis algorithms on WSNs |
作者 | 年份 | 基于行为 | 基于时间 | 基于组件 | 基于区域 | 方法 | |||||||||
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硬 | 软 | 永久 | 暂时 | 间歇 | 节点 | 网络 | 基站 | 后端 | 局部 | 全局 | 主动 | 被动 | 类型 | ||
Jiang[26] | 2009 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 统计方法 | |||||||
Lau等[27] | 2014 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 概率方法 | ||||||
Panda 和Khilar[28] | 2015 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 统计方法 | |||||||
Jin等[29] | 2015 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 统计方法 | ||||||
Peng和Chow[30] | 2016 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 概率方法 | ||||||
Oßner等[31] | 2016 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 拓扑控制方法 | ||||||
Chanak等[32] | 2016 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 移动基站方法 | ||||
Sulieman和Gitlin[33] | 2018 | √ | √ | √ | √ | √ | 拓扑控制方法 | ||||||||
Jassbi和Moridi[34] | 2019 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 层次路由方法 | ||||||
Liu等[35] | 2019 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 概率方法 | ||||||
Zhao等[36] | 2019 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 机器学习方法 | ||||||
Javaid等[37] | 2019 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 机器学习方法 | |||||
Fissaoui等[38] | 2019 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 移动基站方法 | |||
Moridi等[39] | 2020 | √ | √ | √ | √ | √ | √ | √ | 层次路由方法 |
3.2.1 统计方法
3.2.2 概率方法
3.2.3 层次路由方法
3.2.4 机器学习方法
3.2.5 拓扑控制方法
3.2.6 移动基站方法
3.3 SIL-IoTs故障诊断策略
表3 SIL-IoTs故障表现及建议故障诊断方法与策略Table 3 Fault phenomenon of SIL-IoTs and suggested fault diagnosis methods and strategies |
故障现象 | 可能诱因 | 建议方法 | 建议策略 |
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后台数据异常 | 1.节点软故障 2.基站或后台故障 3.灯管、高压电网或风扇故障 | 统计方法、概率方法、机器学习方法、移动基站方法 | 通过正常数据的历史经验主动定期诊断与被动连续监测,若节点长时间未能修复,则需维护人员现场检查 |
部分节点通信异常 | 1.节点处于相同链路且相邻时,可能是关键节点硬故障导致整条链路网络故障 2.否则为节点硬故障或区域边缘区域的节点网络故障 3.集成电路、太阳能板或蓄电池故障 | 层次路由方法、拓扑控制方法 | 通过网络时延等参数定期间接诊断或节点端诊断,排查故障节点或链路,若节点长时间未能修复,则需维护人员现场检查 |
整个网络通信异常 | 1.黑客攻击 2.基站故障 3.连续极端天气导致所有节点电量耗尽 | 安全机制、移动基站方法、特殊情况下杀虫任务与数据传输任务优先级调整 | 定期诊断或被动诊断,提高WSNs安全机制,SIL杀虫与数据传输优先级分配,无法修复时需维护人员现场检查 |
未诊断出异常但实际存在异常 | 1.存在恶意节点导致拜占庭故障 2.故障诊断方法不完善 3.后台故障 | 故障容错方法、安全机制、综合故障诊断方法 | 提高WSNs故障容错与安全机制,完善故障诊断方法 |