本文選題：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)　切入點(diǎn)：故障診斷　出處：《福建師范大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks (WSNs))是由大量傳感器節(jié)點(diǎn)通過自組織方式構(gòu)建而成,用于實(shí)現(xiàn)物理世界、信息世界與人類相聯(lián)系的目的.傳感器節(jié)點(diǎn)容易出現(xiàn)故障,而大規(guī)模節(jié)點(diǎn)的故障、失效會(huì)導(dǎo)致WSNs失去連通性.因此如何定位到故障節(jié)點(diǎn)并在網(wǎng)絡(luò)遭到破壞時(shí)還能有效采集數(shù)據(jù)并傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心是一個(gè)核心問題和重大挑戰(zhàn).網(wǎng)絡(luò)的故障診斷和連通性修復(fù)技術(shù)正是解決該問題的重要技術(shù)手段.能量受限是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)面臨的另一個(gè)核心問題.網(wǎng)絡(luò)故障診斷和連通性修復(fù)都需要考慮節(jié)能.本文在充分考慮傳感器節(jié)點(diǎn)能量受限、部署環(huán)境惡劣等特點(diǎn)的情況下,針對(duì)不同設(shè)計(jì)目標(biāo)和應(yīng)用需求,提出了多種故障診斷算法和連通性修復(fù)算法.本文的主要研究工作和取得的成果如下：在故障診斷方面,采用故障識(shí)別碼(Fault Identification Code)通過檢測(cè)點(diǎn)對(duì)故障點(diǎn)的位置進(jìn)行搜索是一種十分高效的手段.一方面,本文研究了定位集(Resolving Set)的性質(zhì),并將其應(yīng)用于故障識(shí)別碼的構(gòu)造,設(shè)計(jì)出了一種基于定位集的故障識(shí)別碼構(gòu)造算法(An Algorithm on Searching Resolving Set (A-SRS)),證明了該算法生成的故障識(shí)別碼所需檢測(cè)點(diǎn)的規(guī)模.仿真分析進(jìn)一步表明算法A-SRS生成的故障識(shí)別碼需要較少的檢測(cè)節(jié)點(diǎn),并且基于此碼的故障節(jié)點(diǎn)檢測(cè)其通信代價(jià)低有助于減少能耗.另一方面,鑒于容錯(cuò)定位集(Fault-tolerant Resolving Set)具有在定位點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)仍能定位節(jié)點(diǎn)的良好性質(zhì),本文將其應(yīng)用到故障識(shí)別碼的構(gòu)造中.從而設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于故障識(shí)別碼的故障診斷與修復(fù)算法(A Fault Diagnosis and Recovery algorithm based on Fault Identification Code (FDRFIC))理論證明與仿真分析表明算法FDRFIC不僅診斷精度高,而且診斷過程的信息復(fù)雜度低,更有利于節(jié)省能耗.連通性修復(fù)是保證WSNs的有效數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N重要技術(shù)手段.本文為兩種有代表性的應(yīng)用環(huán)境分別設(shè)計(jì)了不同的修復(fù)策略：一方面,以利用最少的資源在網(wǎng)絡(luò)連通分支之間修建一個(gè)1-連通網(wǎng)絡(luò)為目的,通過借助3星(3-Star)與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖的重心(Center of Mass (CoM))設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于最優(yōu)中繼節(jié)點(diǎn)部署的修復(fù)策略(A restoration algorithm based on Optimal Relay Node Placement (ORNP))來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)1-連通性的修復(fù).論文提出并證明了算法的近似比為3,即所需中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量不超過3倍最優(yōu)算法所需中繼節(jié)點(diǎn)的數(shù)量.仿真分析進(jìn)一步表明算法ORNP可以有效減少中繼節(jié)點(diǎn)的使用,并使修復(fù)的網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)的度數(shù)、傳輸時(shí)延方面具有更好的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu).另一方面,以減少地形因素對(duì)修復(fù)過程的影響為目的并在中繼設(shè)備數(shù)量受限的條件下,設(shè)計(jì)出了一個(gè)基于隨機(jī)地形的混合修復(fù)策略(A Hybrid Recovery Strategy based on Random Terrain (HRSRT))本文通過理論分析證明此策略的能耗僅為理論最優(yōu)能耗的1.5倍,仿真分析進(jìn)一步表明算法HRSRT能極大減少網(wǎng)絡(luò)修復(fù)與數(shù)據(jù)采集匯聚過程中的能耗。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：福建師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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