基于故障樹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性符號算法研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)可靠性分析是WSN設(shè)計、部署、驗證和維護(hù)的一個重要環(huán)節(jié)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用中，為了讓數(shù)據(jù)在環(huán)境嘈雜，故障以及時間變化的無線通道中進(jìn)行可靠傳輸，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以通過提供錯誤控制，校正機(jī)制，容錯機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)優(yōu)化來保證可靠的數(shù)據(jù)傳輸，從而保證WSN的可靠性。故障樹是分析WSN可靠性的方法之一?；诠收蠘浣?，可以用定性或定量的方式描述導(dǎo)致系統(tǒng)故障的根源，也可以在系統(tǒng)設(shè)計時識別可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障的潛在問題，或者在系統(tǒng)運(yùn)

2、行以后確定造成系統(tǒng)故障的原因。故障樹的定量計算主要用于可靠度的測量。由于WSN的可靠度計算是一個＃P-hard問題，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時會產(chǎn)生組合爆炸的問題?；诙鏇Q策圖(BDD)的符號技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)變量組合的隱式表示,進(jìn)而降低故障樹分析時定量計算的復(fù)雜性。結(jié)合BDD技術(shù)在FTA定量計算上的優(yōu)勢，本文基于故障樹原理對WSN可靠性進(jìn)行研究，主要成果有：
　　(1)分層簇型WSN是一種特殊的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，針對分層簇型WSN不同類型的節(jié)點組

3、合故障導(dǎo)致系統(tǒng)失效的問題，提出基于靜態(tài)故障樹的分層簇型WSN可靠性結(jié)構(gòu)模型F-WSN，該模型由事件元素和邏輯門元素組成，它們能夠描述WSN節(jié)點之間通信協(xié)作關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有助于尋找和分析哪些節(jié)點的組合故障能夠?qū)е孪到y(tǒng)的失效。由于故障樹上計算可靠度存在對最小割集進(jìn)行不交化處理，其計算復(fù)雜性呈指數(shù)增長。符號計算方法是一種緩解組合復(fù)雜性問題的可行策略，考慮到符號計算中BDD的不交化結(jié)構(gòu)，引入BDD技術(shù)。采用該技術(shù)，存在故障樹結(jié)構(gòu)和BDD結(jié)構(gòu)的

4、轉(zhuǎn)化問題，為此，給出BDD_Faulttree轉(zhuǎn)化算法。仿真實驗結(jié)果表明這種研究方法的可行性和可靠度計算的較高效率。
　　(2)簇型WSN是一種通用的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。針對簇型WSN中具有動態(tài)容錯行為的可靠性分析問題，提出基于動態(tài)故障樹的簇型WSN可靠性結(jié)構(gòu)模型DF-WSN，該模型由事件元素和動態(tài)邏輯門元素組成，能夠描述具有動態(tài)容錯機(jī)制的WSN系統(tǒng)，有助于對具有動態(tài)故障行為的WSN可靠性分析。在DF-WSN中，針對傳感節(jié)點分別使用可修