杨星等：太阳能杀虫灯物联网故障诊断特征分析及潜在挑战（2020年第2期）

引文格式

杨星, 舒磊, 黄凯, 李凯亮, 霍志强, 王彦飞, 王心怡, 卢巧玲, 张亚成. 太阳能杀虫灯物联网故障诊断特征分析及潜在挑战[J]. 智慧农业(中英文), 2020, 2(2): 11-27.

YANG Xing, SHU Lei, HUANG Kai, LI Kailiang, HUO Zhiqiang, WANG Yanfei, WANG Xinyi, LU Qiaoling, ZHANG Yacheng. Characteristics analysis and challenges for fault diagnosis in solar insecticidal lamps Internet of Things[J]. Smart Agriculture, 2020, 2(2): 11-27. (in Chinese with English abstract)

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太阳能杀虫灯物联网故障诊断特征分析及潜在挑战

杨星1, 舒磊1,2*, 黄凯1, 李凯亮1, 霍志强2, 王彦飞1, 王心怡1, 卢巧玲1, 张亚成1

(1.南京农业大学工学院，江苏南京 210031；2.英国林肯大学工学院，林肯 LN67TS）

摘要: 太阳能杀虫灯物联网（SIL-IoTs）是一种基于农业场景与物联网技术的新型物理农业虫害防治工具，通过无线传输太阳能杀虫灯组件状态数据，用户可后台实时查看太阳能杀虫灯运行状态，具有杀虫计数、虫害区域定位、辅助农情监测等功能。但随着SIL-IoTs快速发展与广泛应用，故障诊断难和维护难等矛盾日益突出。基于此，本研究首先阐述了SIL-IoTs的结构和研究现状，分析了故障诊断的重要性，指出了故障诊断是保障其可靠性的主要手段。接着介绍了目前太阳能杀虫灯节点自身存在的故障及其在无线传感网络（WSNs）中的体现，并进一步对WSNs中的故障进行分类，包括基于行为、基于时间、基于组件以及基于影响区域的故障四类。随后讨论了统计方法、概率方法、层次路由方法、机器学习方法、拓扑控制方法和移动基站方法等目前主要使用的WSNs故障诊断方法。此外，还探讨了SIL-IoTs故障诊断策略，将故障诊断从行为上分为主动型诊断与被动型诊断策略，从监测类型上分为连续诊断、定期诊断、直接诊断与间接诊断策略，从设备上分为集中式、分布式与混合式策略。在以上故障诊断方法与策略的基础上，介绍了后台数据异常、部分节点通信异常、整个网络通信异常和未诊断出异常但实际存在异常四种故障现象下适用的WSNs故障诊断调试工具，如Sympathy、Clairvoyant、SNIF和Dustminer。最后，强调了SIL-IoTs的特性对故障诊断带来的潜在挑战，包括部署环境复杂、节点任务冲突、连续性区域节点无法传输数据和多种故障诊断失效等情形，并针对这些潜在挑战指出了合理的研究方向。由于SIL-IoTs为农业物联网中典型应用，因此本研究可扩展至其它农业物联网中，并为这些农业物联网的故障诊断提供参考。

关键词: 太阳能杀虫灯；无线传感网络；农业物联网；故障诊断；虫害

文章图片

图1　太阳能频振式杀虫灯和太阳能风吸式杀虫灯的组成结构图

Fig. 1 Structure of solar frequency-vibrancy lamps and SIL with a suction fan

图2　SIL-IoTs系统结构

Fig. 2 The architecture of SIL-IoTs

图3　SIL-IoTs故障分类

Fig. 3 Classification of SIL-IoTs faults

图4　SIL-IoTs故障诊断方法应用场景

Fig. 4 Application scenarios of SIL-IoTs fault diagnosis methods

图5　SIL-IoTs故障诊断策略

Fig. 5 Fault diagnosis strategies of SIL-IoTs

图6　干扰实验场景图

Fig. 6 The interference experiment scenario

来源：《智慧农业（中英文）》2020年第2期

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通讯作者简介

舒磊教授

舒磊，南京农业大学教授/博士生导师、英国林肯大学“林肯教授”/博士生导师、南农林肯智能工程研究中心主任。IEEE工业电子学会云计算与无线系统专委会副主席，IEEE工业电子学会南京分会副主席。曾担任CCF中国计算机学会计算机应用专委会副主任。

分别在韩国庆熙大学攻读硕士、爱尔兰国立高威大学攻读博士、日本大阪大学从事博士后研究。长期从事物联网（无线传感器网络）领域的研究，在国内外重要的会议和期刊上发表了400多篇传感器网络领域相关的论文（其中包括100余篇IEEE期刊论文）。在Google Scholar上他引次数超过11100次，H-index为56。

曾获IEEE GLOBECOM 2010，IEEE ICC 2013，IEEE ComManTel 2014，EAI WICON 2016，IEEE SIGTELCOM 2017等国际会议最优论文奖，2017年IEEE Systems Journal期刊的最优论文奖 (2 out of 254)，2017年Journal of Network and Computer Applications期刊最优论文奖，2018年IEEE Systems Journal期刊的最优论文奖 (5 out of 598)，2020年IEEE Systems Journal期刊的最优论文奖 (7 out of 793)，2017年和2018年IEEE Access期刊的Outstanding Associate Editor奖，2014年CCF计算机应用专委会特别贡献奖。

现担任IEEE Transactions on Industrial Informatics、IEEE Network、IEEE Systems Journal、IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica、IEEE Access、《智慧农业（中英文）》等期刊编委。曾在超过50个各类国际会议中担任主席。例如，担任Chinacom 2014，Qshine 2015，Healthcom 2017，Collaboratecom 2017，DependSys 2018，SCI 2019 的会议主席，INISCOM 2015，WICON 2016，Chinacom 2017，INISCOM 2017，WMNC 2017，ISITC 2019，ICNCC 2019，IndustrialIoT 2020，ITIA2020，中国计算机应用大会(NCCA 2015、NCCA 2016、NCCA 2018) 等的程序委员会主席。担任超过150个国际会议的评委，例如ICDCS、DCOSS、MASS、ICC、Globecom、ICCCN、WCNC和ISCC等。

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