三態(tài)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性評估及算法研究.pdf

1、網(wǎng)絡(luò)可靠性評估是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks, WSN)設(shè)計(jì)和優(yōu)化的核心步驟,但現(xiàn)有的WSN可靠度求解模型沒有考慮WSN在通信時(shí)延、不完全覆蓋(ImPerfect Coverage,IPC)、和共因失效(Common Cause Failures,CCF)等方面區(qū)別于普通網(wǎng)絡(luò)的特征;同時(shí),針對多狀態(tài)WSN系統(tǒng)狀態(tài)空間規(guī)模隨節(jié)點(diǎn)數(shù)量增多而產(chǎn)生的“組合爆炸”問題,基于多值決策圖(Multi-valued

2、Decision Diagram,MDD)的多狀態(tài)系統(tǒng)評估方法在降低狀態(tài)組合復(fù)雜度方面性能較高,但因需要完成最小路集枚舉,計(jì)算量會(huì)隨路集數(shù)量增多呈指數(shù)級增長。針對上述問題,本文構(gòu)建了一個(gè)同時(shí)考慮節(jié)點(diǎn)時(shí)延、不完全覆蓋和共因失效的多狀態(tài)WSN模型,并給出了基于多狀態(tài)多值決策圖(Multi-state Multi-valued Decision Diagram,MMDD)的多狀態(tài)WSN可靠度求解算法。主要成果如下:
　　(1)構(gòu)建了節(jié)點(diǎn)

3、三態(tài)的WSN形式化模型,分析了時(shí)延約束下三態(tài)WSN可靠度求解過程及其復(fù)雜度,并給出了求解時(shí)延約束下三態(tài)WSN可靠性的MMDD符號算法。算法通過MMDD自定義操作對三態(tài)WSN進(jìn)行按需構(gòu)建,避免枚舉所有路徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,對多態(tài)WSN性能特征和失效模式綜合建模更接近現(xiàn)實(shí)情況,只考慮鏈路傳輸時(shí)延的WSN建模會(huì)高估WSN的可靠性,而且給出的MMDD算法的空間復(fù)雜度和時(shí)間復(fù)雜度均低于Robert給出的MDD算法。
　　(2)同時(shí)考慮IPC和

4、CCF對3態(tài)WSN可靠性的影響,將網(wǎng)絡(luò)性能和故障特性綜合在一個(gè)模型下分析,給出CCF和IPC共同影響下的三態(tài)WSN可靠度MMDD求解算法。該算法充分利用MMDD的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢,只需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)MMDD便可根據(jù)共因集計(jì)算WSN可靠度,不僅能準(zhǔn)確計(jì)算IPC和CCF影響下三態(tài)WSN的可靠性,并且具有較高的空間存儲(chǔ)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,給出的MMDD求解算法可以完成受IPC、CCF和時(shí)延約束的WSN可靠性評估任務(wù),而且計(jì)算得到的可靠度值低于忽略網(wǎng)絡(luò)擁塞