基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法研究

張科星

（太原學院計算機科學與工程系,山西太原 030032）

基于物聯網對傳感器失效節點空洞進行修復，在以物聯網技術為核心的前提條件下，進行延伸和擴展。物聯網技術的主要內容就是進行信息的交換和通信，致力于實現物物相息的綜合數據采集[1]。為了獲取更加精確的傳感器節點信息，通常情況下，在監測區域會部署成千上萬的傳感器節點，甚至更多。傳感器網絡失效節點是由于傳感器節點分布在很大地理區域內，森林防火和環境監測采用傳感器網絡方式難度系數大，導致節點失效。并且面積較小的空間內傳感器節點有部署密集的特點，密集部署了大量的傳感器節點，造成傳感器節點失效原因之一。本文對傳感器失效節點空洞進行修復，通過物聯網技術獲得具有更大信噪比的傳感器失效節點信息。再根據分布式處理采集到的大量傳感器失效節點信息，進而提高傳感器失效節點空洞修復的精確度，降低對單個傳感器失效節點空洞修復的難度要求[2]。因此，本文進行基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法研究。

1 基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法研究

考慮到傳感器失效節點空洞的存在，就意味著傳感器大量冗余節點的存在，使得傳感器自身的容錯性能在極大程度上降低。大量傳感器失效節點空洞必將減小覆蓋到的監測區域，使傳感器的傳感模塊、處理模塊、通信模塊以及供電模塊功能效果降低。因此，在本文進行的基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法研究中，首先，確定傳感器失效節點空洞修復性能指標，再通過建立傳感器失效節點空洞二次修復指標賦值矩陣，移動傳感器失效節點，進而完成傳感器失效節點成功修復[3]?；谖锫摼W的傳感器失效節點空洞修復方法的具體流程，如圖1所示。

圖1 基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法

1.1 確定傳感器失效節點空洞修復性能指標

在基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法研究中，確定四個的傳感器失效節點空洞修復性能指標，分別為傳感器失效節點覆蓋度、傳感器失效節點冗余度、傳感器失效節點空洞修復穩定性以及傳感器失效節點總移動距離[4]。傳感器失效節點空洞修復性能指標具體示意圖，如圖2所示。

敦禮一向是喝藍山的，牙買加風味的藍山。至于摩卡，他總覺得那濃郁的果香有些膩膩的，不怎么清爽。不過，如果是那種極品水洗豆呢，據說是有著微微的酒香的。

圖2 傳感器失效節點空洞修復性能指標

針對二維區域U中節點集合B有：

綜上所述，基于JavaEE的高校教學資源庫平臺能夠以更加優質和現代化的資源共享模式，為高校的教育教學活動，提供更加現代化和系統化的發展模式。相關領域的工作人員在實際的教育教學管理工作中，需要認真地分析高校教學資源庫平臺的發展需求，對前后臺的模塊進行合理化設計，提高搜索引擎模塊的應用效率，同時對后臺的服務模塊加以實現，共同推動我國院校的現代化發展。

首先，針對農村訂單定向醫學生從業環境和特點，學校在理論課程和實踐教學體系的設置上應進一步結合農村衛生醫療環境；或者可以借鑒發達國家的經驗，在醫學的學科教育中，盡可能多地設置農村醫學課程，進行符合農村醫療實踐的技術實習，早期接觸農村，提高學生對農村醫學的興趣[14]。如此一來，因為農村戶籍的學生對農村環境已經有了一定程度的了解，其在基層工作擁有比城鎮戶籍的學生更得天獨厚的優勢，由此可以增強農村戶籍學生的自信心，減少其自卑和挫敗心理；其次也增加了農村戶籍與城鎮戶籍學生的共同語言，減少農村戶籍學生對城市文化的疏離感。

節點nj的感知范圍用Lj進行描述，也就是針對某位置Oj，若其和nj間的間隔符合則認為節點nj可覆蓋該位置。

（7）管理云向此ONT下發默認的JAVA插件，并安裝后運行，此插件用于向管理云定時上報ONT上Wi-Fi/STA之間的信號強度、協商速率等信息。

下面給出三個關于節點修復的定義。

定義1 針對二維區域U中某位置Oj，若其在節點nj的感知范圍內，也就是符合≤Lj，則稱點Oj在節點nj的修復范圍內。

移動傳感器失效節點是基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法中最關鍵的一步，一旦在傳感器中檢測出失效節點空洞后，那么所有的傳感器節點均需要進行大規模移動。可見，在傳感器失效節點空洞修復過程中，網絡中每個傳感器節點都需要進行移動。每個傳感器節點在移動過程中都會造成能量的損耗，因此這極大程度上地影響了整個網絡的生存周期。

定義3 針對二維區域U中某位置Oj，Oj修復度為ε，給出正整數R，經調度節點集合B中的節點休眠，令位置Oj被節點集合Bj修復，同時符合Bj?B,|Bj|=δ,ε＞δ≥R。則將其稱作能量有效的R多重修復。

為了驗證本文提出算法的性能，在MATLAB軟件中對算法進行仿真。假設在00 m×00 m 范圍內，隨機放置4種節點，節點參數用表3進行描述。

為了令異構網絡修復區域U中任意位置均可達到能量有效的R重修復，需得到此刻節點的修復度δ，若δ＞R，則認為此刻修復度比期望值更高，可將一些節點調度為休眠狀態，不僅可減少能耗，還可增加網絡生命周期。然而因為節點休眠，在很大程度上會導致實際修復度比期望值低，所以需防止出現調度后修復盲點的問題出現；反之若δ＞R，需把一些休眠節點調度為活躍節點，增強修復度。

1.2 建立傳感器失效節點空洞二次修復指標賦值矩陣

在確定傳感器失效節點空洞修復性能指標的基礎上，建立傳感器失效節點空洞二次修復指標賦值矩陣[5]。傳感器失效節點空洞二次修復指標賦值矩陣的主要內容包括性能指標、修復指標賦值及修復程度。那么，傳感器失效節點空洞二次修復指標賦值矩陣，如表1所示。

式中，N用于描述節點量，某節點nj位置Dj可描述成Dj=(xj,yj)。

表1 傳感器失效節點空洞修復性能指標

根據表1所示，運用物聯網進行傳感器失效節點的交換和通信，將傳感器失效節點的感知范圍抽象化，以傳感器失效節點空洞為圓心，設傳感器失效節點感知距離為R，在此基礎上作圓[6]。若目標點在圓內，則百分之百能被感知，若目標處于圓外，則不能被節點感知?；谖锫摼W傳感器節點二元修復示意圖，如圖3所示。

圖3 基于物聯網傳感器節點二元修復

在時間片中，節點利用工作狀態的切換減少能耗，所有時間片的長度是tld。在既定時間te內，區域修復度Rj和節點壽命條件下，令范圍有效修復率達到最大化，并且令活動節點占比達到最小化。則算法目標函數為：

該含水巖組主要分布于撓力河低平原，含水巖組由中更新統濃江組、上更新統別拉洪河組及全新統的砂、砂礫石組成。含水層厚度一般為20～30 m，從山前向低平原中部方向由薄變厚，最厚達68.65 m。地下水類型大多屬弱承壓水或潛水，富水性從弱到強，按單井涌水量大小可分為水量極豐富區、水量豐富區、水量中等區、水量貧乏區等4個富水區。

式中，Aj(s)主要用于對時間片j中工作節點量進行統計；Cj(s)用于描述網絡修復率計算函數；Aj(s) 與Cj(s) 可通過下式求出：

免疫遺傳算法的選擇操作一般試圖把適應度最大化，和建立的異構無線網絡節點多重修復調度目標函數一致，抗體ui的適應函數可描述成：

式中，Keff為有效修復的柵格個數；Ktq為柵格總個數。針對多目標優化問題，通過免疫遺傳算法進行求解。

由于夏季氣溫過高，影響導致進風口氣溫過高。基于此種情況，我們可以選擇在進風口進行制冷處理。可以使用脈外低溫巷道降低入風溫度、對進風風流采用冷水逆流噴淋降溫等技術處理。比如可以向礦山的進風井中進行低溫水逆流噴淋(武安-30噴霧器)。當進風量為12m/s,溫度為26℃,噴水量為40t/h時,這時候溫度可以降低2.2～2.6℃。如果是采用冰塊與27℃水混合的冷卻水在工作面進行風筒噴霧,這時候能夠使工作面的入風溫度平均下降5.5～6.5℃,相對濕度由原來的40%增加到50%,耗水量約0.24L/min。這種技術降低了夏季的入風氣溫,效果很好。

定義2 針對二維區域U中某位置Oj，若其同時在節點集合Bj的感知范圍內，也就是Bj?B，則稱點Oj被節點集合Bjδ重修復，δ被稱作修復度。

1.3 完成傳感器失效節點空洞修復

通過確定傳感器失效節點空洞修復性能指標，建立傳感器失效節點空洞二次修復指標賦值矩陣。再通過移動傳感器失效節點，完成傳感器失效節點空洞修復?？紤]到傳感器失效節點空洞修復行為在本質意義上來講保證網絡安全行為，因此，必須基于物聯網加大對傳感器失效節點空洞修復的程度。通過以上對基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法的研究，發現基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法計算出來的修復權值能夠體現該傳感器所面臨的潛在威脅。

2 實驗

2.1 實驗過程

通過實驗，證明基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法的可行性，實驗內容針對傳感器失效節點空洞的修復覆蓋率進行。首先采用傳統的傳感器失效節點空洞修復方法進行實驗，再采用文章設計的基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法同樣操作步驟，設置傳統的傳感器失效節點空洞修復方法為對照組。將實驗次數設為3次，分別使用兩種方法進行對比實驗。在實驗過程中，仿真實驗環境配置包括：筆記本電腦、處理器、安裝內存、操作以及仿真軟件，仿真實驗環境配置具體參數如表2所示。

表2 實驗環境配置具體參數

2.2 實驗結果分析與結論

首先，培育經營主體的扶持政策不到位。目前，基層政府對土地流轉的專項補貼配套往往跟不上，在農業園區建設、農業科技投入上缺乏政策導向與扶持力度。

表3 節點參數設置

節點密度函數如下：

1978年，我國食品工業總產值為471.1億元，到1980年已升至568億元；隨后15年，食品工業總產值高速增長，1995年達到4496.1億元；1996年完成的第3次全國工業普查結果顯示，我國食品工業總產值在全國工業部門總產值中所占比重首次上升到第一位；而如今，我國食品工業總產值早已突破“萬億元”級別，2016年達到11.1萬億元（不含煙草）。

式中，k∈(a,b)，a取5，b取120，α取1.5。在實驗范圍內，通過上式形成目標，目標數量和密度較大的部分被稱作熱點部分。節點總量設置為100個。

采用本文算法對異構無線網絡節點進行多重覆蓋調度后，無線網絡中活躍節點數量明顯低于傳統算法，說明本文算法可調度更少節點，減少能耗。

表4描述的是隨異構無線網絡壽命的增加，本文算法與傳統算法修復率比較結果。

表4 兩種方法修復率比較結果

分析表4可知，本文算法在修復率方面明顯優于文傳統算法，修復率超過95%，幾乎完全修復。

根據上述的設計的實驗，實驗結果如圖4所示。

圖4 兩種算法對比圖

通過圖4可得出本文設計的基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法的修復覆蓋率相較于實驗對照組具有明顯的優勢。因此，通過實驗可以證明基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法可以實現對傳感器失效節點空洞成功修復。

3 結語

隨著物聯網技術在傳感器失效節點空洞修復方面應用的逐步成熟，傳感器失效節點空洞修復問題顯得越來越重要。傳感器失效節點空洞修復是針對傳感器失效節點進行修復的最實用和最有效的方法。針對基于物聯網的傳感器失效節點空洞修復方法的研究可以大幅度提高傳感器失效節點空洞修復的覆蓋率，完成傳統的傳感器失效節點空洞修復方法所不能完成的任務?；谖锫摼W的傳感器失效節點空洞修復方法是傳感器失效節點空洞修復的核心技術，為傳感器失效節點空洞修復提供學術意義。