基于基礎設施通信的無線傳感器網絡可靠性研究.pdf

1、無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks, WSN)在軍事、醫(yī)療和環(huán)境健康監(jiān)測等領域具有重要的應用價值,而可靠性評估是其走向實際應用的關鍵步驟。受節(jié)點狀態(tài)的組合復雜性制約,當網絡規(guī)模較大時,WSN可靠性計算會產生組合爆炸問題。決策圖技術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,已被廣泛應用于網絡可靠性分析中。WSN通信模式可以歸為兩大類:基礎設施通信和應用通信,而基礎設施通信下又有三種數(shù)據(jù)傳輸模式:單播、組播和廣播。本文從基礎設施通信出發(fā),基于決策圖技術,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)點的能量消耗從而導致過高評估可靠性水平的問題,引入Heinzelman

3、的能量消耗模型,構建了單播模式下WSN形式化模型。通過節(jié)點的二進制編碼,對該模型進行符號ADD表示,實現(xiàn)了單播模式下WSN的壓縮存儲。針對組播模式,構建了組播模式下WSN形式化模型。利用二進制編碼技術,結合OBDD對該模型進行符號表述,實現(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計提供了一個緊湊高效的存儲結構。
　　(2)在單播模式下WSN符號ADD表示的基礎上,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”構建可靠性函數(shù)的ADD,有效降低了WSN可靠性分析的復雜性。通過與AboElFotoh的factoring算法進行實驗對比,結果表明ADD_Unicast算法避免了同構子網的冗余計算,具有更高的運行效率,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,結合節(jié)點擴展技術,構建組播下WSN可靠性函數(shù)的OBDD。通過識別相鄰節(jié)點的冗余路徑和s-t非連通冗余路徑,避免冗余擴展,減少中間子網的個數(shù),進一步降低了WSN可靠性分析的復雜性。最后,針對3×n型網絡,與Xing的OBDD算法進行實驗對比,結果表明OBDD_Multicast算法具有較少的時間開銷,相對于Xing的OBDD算法, OBDD_Mult