基于基礎(chǔ)設(shè)施通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)在軍事、醫(yī)療和環(huán)境健康監(jiān)測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值,而可靠性評估是其走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵步驟。受節(jié)點(diǎn)狀態(tài)的組合復(fù)雜性制約,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí),WSN可靠性計(jì)算會產(chǎn)生組合爆炸問題。決策圖技術(shù)是緩解或者部分程度上避免組合爆炸問題的一種有效方法。有序二叉決策圖(Ordered Binary Decision Diagram, OBDD)及代數(shù)決策圖(Algebraic D

2、ecision Diagram, ADD)以其可以實(shí)現(xiàn)狀態(tài)空間或變量組合的隱式表示及搜索的特性,已被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)可靠性分析中。WSN通信模式可以歸為兩大類:基礎(chǔ)設(shè)施通信和應(yīng)用通信,而基礎(chǔ)設(shè)施通信下又有三種數(shù)據(jù)傳輸模式:單播、組播和廣播。本文從基礎(chǔ)設(shè)施通信出發(fā),基于決策圖技術(shù),對單播和組播模式下WSN可靠性展開了研究。主要成果有:
　　(1)針對單播模式下忽略節(jié)點(diǎn)的能量消耗從而導(dǎo)致過高評估可靠性水平的問題,引入Heinzelman

3、的能量消耗模型,構(gòu)建了單播模式下WSN形式化模型。通過節(jié)點(diǎn)的二進(jìn)制編碼,對該模型進(jìn)行符號ADD表示,實(shí)現(xiàn)了單播模式下WSN的壓縮存儲。針對組播模式,構(gòu)建了組播模式下WSN形式化模型。利用二進(jìn)制編碼技術(shù),結(jié)合OBDD對該模型進(jìn)行符號表述,實(shí)現(xiàn)了組播模式下WSN狀態(tài)信息的高效存儲,為可靠性分析算法的設(shè)計(jì)提供了一個(gè)緊湊高效的存儲結(jié)構(gòu)。
　　(2)在單播模式下WSN符號ADD表示的基礎(chǔ)上,給出可靠性分析的符號ADD_Unicast算法。該

4、算法利用自定義操作“AndPlus”、“MinOr”構(gòu)建可靠性函數(shù)的ADD,有效降低了WSN可靠性分析的復(fù)雜性。通過與AboElFotoh的factoring算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比,結(jié)果表明ADD_Unicast算法避免了同構(gòu)子網(wǎng)的冗余計(jì)算,具有更高的運(yùn)行效率,相對于AboElFotoh的factoring算法,ADD_Unicast算法適合處理更大規(guī)模WSN可靠性問題。
　　(3)在組播模式下WSN符號OBDD表示的基礎(chǔ)上,給出評估W

5、SN可靠性的符號OBDD_Multicast算法。該算法利用OBDD的“與”和“或”操作,結(jié)合節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展技術(shù),構(gòu)建組播下WSN可靠性函數(shù)的OBDD。通過識別相鄰節(jié)點(diǎn)的冗余路徑和s-t非連通冗余路徑,避免冗余擴(kuò)展,減少中間子網(wǎng)的個(gè)數(shù),進(jìn)一步降低了WSN可靠性分析的復(fù)雜性。最后,針對3×n型網(wǎng)絡(luò),與Xing的OBDD算法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對比,結(jié)果表明OBDD_Multicast算法具有較少的時(shí)間開銷,相對于Xing的OBDD算法, OBDD_Mult