无线传感器网络链路数据故障诊断与网络连通恢复方法研究

发布时间：2021-10-30 06:58

　　无线传感器网络是物联网的核心支撑技术,在军事、环境监测、灾难救援、工业控制、智能家居等诸多领域得到广泛应用,已成为信息领域的研究重点。无线传感器网络以数据为应用中心,具有节点数量大、分布范围广、通信和计算资源有限、电源能量受限、应用环境复杂等特性,在这些内外部因素的相互影响下,无线传感器网络相比传统网络资源更容易发生故障,造成网络瘫痪并带来严重损失。因此及时发现并尽快恢复故障,实现整个网络的正常运行,是无线传感器网络研究中的关键共性问题,是确保网络可靠性和稳定性的必要手段。在国家科技支撑计划课题“建筑用能系统监测与优化控制技术研究及示范”等项目资助下,论文围绕无线传感器网络应用中存在的不同层次故障类型,以实际应用需求为背景,按照建立系统模型、理论推导、提出新方法、仿真验证、实验测试的研究思路,对无线传感器网络中的故障诊断和恢复机制进行了较为深入的探讨和系统研究。论文首先针对无线传感器网络通信层次中的链路传输质量问题,提出基于网络层析技术的链路故障诊断方法。该方法将网络链路诊断中的主动和被动策略相结合,通过被动收集端到端路径传输数据,快速对网络路径进行划分,排除正常链路;再通过相邻路径间... 

【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：136 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 无线传感器网络故障类型
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 故障诊断技术
        1.3.2 故障恢复技术
    1.4 论文的主要贡献与创新点
    1.5 论文组织结构
    1.6 本章小结
2 基于网络层析技术的链路故障诊断
    2.1 引言
    2.2 系统模型
        2.2.1 网络模型
        2.2.2 符号定义
    2.3 链路故障诊断算法
        2.3.1 算法推理基础
        2.3.2 最大非确定性子树
        2.3.3 改进的探测包发送机制
        2.3.4 算法描述
    2.4 算法复杂性分析
    2.5 仿真实验与讨论
        2.5.1 仿真实验工具
        2.5.2 不同发包机制链路质量估计
        2.5.3 链路故障检测
    2.6 本章小结
3 基于时空相关性的数据故障诊断
    3.1 引言
    3.2 系统模型
        3.2.1 符号定义
        3.2.2 网络模型
        3.2.3 数据模型
    3.3 时时空相关的数据检测算法
        3.3.1 算法步骤
        3.3.2 算法描述
        3.3.3 算法示例
    3.4 算法复杂性分析
    3.5 仿真实验与讨论
        3.5.1 数据来源
        3.5.2 数据预处理
        3.5.3 仿真实验结果分析
    3.6 本章小结
4 基于虚拟力和三角形斯坦纳点的网络连通恢复
    4.1 引言
    4.2 系统模型
        4.2.1 网络模型
        4.2.2 符号定义
    4.3 网络连通恢复算法
        4.3.1 虚拟力算法原理
        4.3.2 三角形斯坦纳点
        4.3.3 连通方式与新增节点
        4.3.4 算法描述
    4.4 算法复杂性分析
    4.5 仿真实验与讨论
        4.5.1 环境设置
        4.5.2 仿真结果
    4.6 本章小结
5 基于多目标优化的移动数据采集器网络连通恢复
    5.1 引言
    5.2 系统模型
        5.2.1 问题描述
        5.2.2 nMTSP模型
        5.2.3 多目标优化问题
    5.3 移动数据采集器连通恢复算法
        5.3.1 分区探测与聚类
        5.3.2 问题转化与编码结构
        5.3.3 改进的初始种群
        5.3.4 快速非支配排序
        5.3.5 拥挤度计算方法的分析与改进
        5.3.6 选择算子
        5.3.7 改进的交叉与变异
        5.3.8 精英策略
    5.4 算法复杂性分析
    5.5 仿真实验与讨论
        5.5.1 多目标优化性能分析
        5.5.2 网络连通恢复实验
    5.6 本章小结
6 实验测试与分析
    6.1 引言
    6.2 实验平台设计
        6.2.1 网络体系结构
        6.2.2 传感器节点
        6.2.3 CAN总线
        6.2.4 嵌入式网关
        6.2.5 后台管理终端
    6.3 实验测试
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 主要工作总结
    7.2 研究工作展望
致谢
参考文献
附录
    A. 作者在攻读博士学位期间发表的论文
    B. 作者在攻读博士学位期间的科研成果
    C.作者在攻读博士学位期间参加的科研项目


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于移动协助方式的网络连通性恢复技术研究[J]. 迟百川,曹江涛,张一,赵婧,牛晓棠,邵鹏飞.  大连理工大学学报. 2015(01)
[2]基于免疫危险理论的无线传感器网络节点故障诊断[J]. 赵锡恒,何小敏,许亮,李秀喜.  传感技术学报. 2014(05)
[3]基于DLP的无线传感器网络链路故障诊断技术的研究[J]. 严楠,周鸣争,李钧.  计算机应用研究. 2014(06)
[4]基于簇的分布式传感器故障检测算法[J]. 杜莹,程普.  计算机工程. 2014(02)
[5]基于四边形斯坦纳树的无线传感器网络连通恢复[J]. 陈洪生,石柯.  计算机学报. 2014(02)
[6]无线传感器节点的故障诊断研究[J]. 尚兴宏,尚曦乐,章静,钱焕延.  计算机科学. 2013(S1)
[7]基于粒子群算法及高斯分布的WSN节点故障诊断[J]. 余成波,李芮,何强,余磊,谭俊.  振动.测试与诊断. 2013(01)
[8]传感器网络调试研究综述[J]. 马峻岩,周兴社,张羽,李士宁,李志刚.  计算机学报. 2012(03)
[9]虚拟力导向差分算法的异构移动传感网络覆盖策略[J]. 李明,石为人.  仪器仪表学报. 2011(05)
[10]四种虚拟力模型在传感器网络覆盖中的性能分析[J]. 任孝平,蔡自兴,任清雄.  信息与控制. 2010(04)

博士论文
[1]无线传感器网络故障容错机制与算法研究[D]. 李洪兵.重庆大学 2014



本文编号：3466281