物联网-智慧传输-基于二元决策图的无线传感器网络可靠性与竞争失效问题分析.pdf资源-CSDN文库

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摘要

无线传感器网络（WSN）如今在军事、医疗、工业等多种领域中被广泛应

用。可靠性作为 WSN 的一个重要性能指标，是保障传感器网络能够正常工作，

发挥其功能的重要因素。特别是随着信息技术的进一步更新，

WSN

的复杂程度

不断提高，使得无线传感器网络故障率提高，安全机制受到影响，满足其可靠

性的要求难度进一步加大。本文提出了无线传感器网络模型的两种工业应用，

以二元决策图算法（

BDD

）和故障树分析相融合的办法解决了

WSN

可靠性的分

析难点和竞争失效问题。

针对无线传感器网络可靠性的分析，本文通过对用于复杂混合气体检测的

WSN

模型

进行了详细的说明。传感器阵列作为模型中的一个组件，其拓扑结

构采用星状网，传感器节点能与接收设备（计算机）直接通信。分析过程是采

用故障树分析技术和二元决策图算法相融合的办法来建立模型以定量分析可靠

性。文章在传感器寿命服从指数分布与威布尔分布情况下，分析了处于三种不

同状态下的系统的可靠性，给出了在服从指数分布下的特定失效率和威布尔分

布下形状参数α的改变对系统可靠性的影响。

针对竞争失效问题的研究，本文首先考虑了单个传感器内竞争失效问题，

进一步考虑了外来攻击与内在因素两者在时间域上的竞争失效问题。单个传感

器内的竞争失效为模型 1 带来的部件间的不可知失效，通过建立 BDD 模型，分

析其对系统的可靠性影响；进一步研究，将

WSN

模型

应用于身体传感器网络

系统（BSNs），此时有中继节点的加入，与传感器节点形成了概率性功能依赖

（PDEP）关系。外来干扰攻击与中继节点失效都可能导致 BSNs 系统发生失效，

因此在传输失效和概率性故障隔离导致系统失效之间存在一个时间域的竞争。

本文提出了一种组合方法可以用来分析与传输失效具备多个依赖关系的无线传

感器网络系统的可靠性，并通过仿真实验，得出了概率性故障隔离下系统的可

靠性要比确定性故障下系统的可靠性要提高的多。

关键词：二元决策图算法；故障树分析；可靠性分析；竞争失效；分布

函数；

万方数据

Abstract

Wire sensor network (WSN) is widely used in military, medical, industrial and

other fields.As an important performance index of WSN, reliability is an important

factor to ensure the normal operation of sensor network and its function.Especially

with the further update of information technology, the complexity of WSN keeps

increasing, which increases the failure rate of wireless sensor network and affects the

security mechanism, making it more difficult to meet its reliability requirements.

In order to analyze the reliability of wireless sensor network, WSN model of one

for complex mixed gas detection is described in detail in this paper.As a component

in the model, the sensor array uses a star network in its topology, and the sensor nodes

can communicate directly with the receiving device (computer).In the analysis

process, the fault tree analysis technique and the binary decision graph algorithm are

combined to establish a model for the quantitative analysis of reliability.

In order to study the competitive failure problem, this paper first considers the

internal competitive failure problem of a single sensor, and then considers the

competitive failure problem of external attack and internal factors in the time

domain.The competitive failure within a single sensor causes unknown failure

between components in model 1. The BDD model is established to analyze its impact

on the reliability of the system.Further research applied the WSN model to the body

sensor network system (BSNs), in which the trunk nodes were added, forming a

probabilistic sexual dependence (PDEP) relationship with the sensor nodes.Foreign

interference attack and relay node failure may cause the failure of BSNs system, so

there is a time domain competition between transmission failure and probabilistic

fault isolation.In this paper, a combined method is proposed to analyze the reliability

of wireless sensor network systems with multiple dependencies on transmission

failure.

Key Words：binary decision diagram algorithm;Fault tree analysis;Reliability

analysis;Failure of competition;Distribution function;

万方数据

III

摘要

...........................................................................................................

Abstract

...................................................................................................

.........................................................................................................

III

第 1 章绪论

...............................................................................................

1.1

课题的研究背景及意义...........................................................................

1.2 WSN 可靠性影响因素分析...................................................................... 2

1.3 WSN

可靠性国内外研究现状..................................................................

1.4 本文研究思路与框架.............................................................................. 6

第 2 章基于故障树的二元决策图建模

..................................................

2.1 故障树概述............................................................................................. 8

2.2

故障树结构.............................................................................................

2.3 故障树分析类型....................................................................................12

2.4 BDD 算法概念与基本原理.....................................................................14

2.5 ROBDD

构造及评估..............................................................................

第 3 章无线传感器网络失效分析

.........................................................

3.1 WSN

模型建立

..............................................................................................22

3.2 WSN 拓扑结构..............................................................................................22

3.3 WSN

模型应用

1...........................................................................................24

3.4 传感器失效导致系统失效事件分析.......................................................... 26

第 4 章基于二元决策图的 WSN 可靠性分析

........................................

万方数据

4.1

可靠性建模与分析

.............................................................................

4.1.1 故障树和 BDD 模型的建立..............................................................28

4.2.2

传感器寿命典型分布

........................................................................35

4.2 仿真分析..............................................................................................35

4.2.1

失效函数

............................................................................................35

4.2.2 传感器寿命服从指数分布................................................................36

4.2.3

指数分布下仿真结果

........................................................................38

4.2.4 传感器寿命服从威布尔分布............................................................39

4.2.5 威布尔分布下仿真结果....................................................................41

第 5 章竞争失效建模与实验

.................................................................

5.1 竞争失效的概念....................................................................................44

5.2

单个传感器内的竞争失效分析..............................................................

5.2.1 故障树和 BDD 模型建立....................................................................... 45

5.2.2 仿真结果分析........................................................................................48

5.3

概率性竞争失效分析.............................................................................

5.3.1 模型应用 2............................................................................................49

5.3.2 失效类型.............................................................................................. 50

5.3.3 分析方法.............................................................................................. 51

5.3.4 系统分析.............................................................................................. 56

5.3.5 仿真实验结果........................................................................................62

结论

.........................................................................................................

参考文献

...................................................................................................

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

..............................

万方数据

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