基于故障自诊断的无线传感器网络可靠性保障研究

Wireless Sensor Networks(WSN) is a leading hot topic which have attracted high attention in many fields, and fault self-diagnosis mechanism is one of the critical technologies of its reliability assurance. This project plan to establish novel fault self-diagnosis models, theory and arithmetic for wireless sensor networks by using reliability mathematics, stochastic geometry, stochastic process,data reasoning and analysis as theoretical tools and computer simulation as validation means to ensure the operation reliability of the network under various circumstances condition.by analyzising node distribution laws and characteristics of wireless connection,this project will build dynamic topology theory model for wireless sensor networks. by analyzising Source of the fault, physical conditions, type of fault,characteristics of faults etc., this project will build fault analytical models for wireless sensor networks to acquire fault rates and fault criterions.by incorporating the dynamic topology of wireless sensor networks, we study the diagnosability and diagnosable conditions of all kinds of faults to set a theoretical foundation for fault self-diagnosis.this project will design fault self-diagnosis models and algorithms under dynamic topology structure of wireless sensor networks,and improved fault diagnosis algorithms will be proposed by computer simulations. Finally, fault diagnosable network topology could be created to achieve network reliability by extracting network characteristic quantities which have good diagnosability. Urgent and novel in content and innovative in conception, the project shows important theoretical significance.

无线传感器网络是众多领域高度关注的前沿课题，故障自诊断机制是其可靠性保障的关键技术之一。本项目以可靠性数学、随机几何、随机过程、数据建模与推理等为理论工具，以计算机仿真为验证手段，构建无线传感器网络故障自诊断的新模型、理论与方法，以保障网络在各环境下的运行可靠性。通过分析传感器节点的分布规律与无线连接的特性，建立无线传感器网络动态拓扑的理论模型；通过分析网络中故障的来源、物理条件、表象、故障数据等，建立无线传感器网络的各类故障的分析模型，以获取各类故障的发生率和故障判据标准；针对无线传感器网络的动态拓扑，研究各类故障的可诊断性与可诊断条件，以构建网络故障自诊断的理论依据；设计网络动态拓扑结构下的故障自诊断模型和算法，并通过计算机仿真实验进一步完善故障自诊断算法；通过提取可诊断性好的网络特征量，构建具有故障可诊断的网络拓扑以实现网络拓扑可靠性。立项内容迫切新颖，构思有创新，具有重要理论意义。

无线传感器网络是应用于工业、农业、军事、医学等众多领域的自组织网络系统，故障诊断机制与可靠性提高策略是保障网络在各种环境下正常运行的关键技术。本项目以可靠性数学、随机几何、随机过程、数据推理与分析、优化等为理论工具，以计算机仿真为验证手段，构建无线传感器网络故障自诊断的新模型、理论与方法，以保障网络在各种环境下的运行可靠性。根据项目研究计划，本项目研究了无线传感器网络动态拓扑结构及其模型的构建，研究了基于不同应用需求下的拓扑模型；研究和探索了无线传感器网络中的故障诊断模型和诊断算法，研究了基于传感数据的异常值检测算法，其中包括存在恶意攻击情况下的故障节点的检测算法。研究了无线传感器网络的可靠性保障问题，包括传感器网络的可靠性和数据传输可靠性。另外本项针对传感器网络一些应用领域，研究了基于生存数据异常值检测的统计诊断理论、优化算法、数据样本抽样方案以及基于风机传感数据的建模和分析等。.按照研究计划所制定的研究目标，本项目建立了不同应用需求下无线传感器网络动态拓扑模型；建立了针对无线传感器网络中不同故障来源和故障表象下的故障诊断模型与故障诊断算法；给出基于PMC故障模型下的系统级的故障诊断算法；提出了几种传感器网络数据的异常值检测算法；提出了针对生存数据的异常值检测统计诊断方法；提出了几种传感器网络可靠性与数据传输可靠性的分析模型与算法；建立了传感器网络寿命分析的数学模型，以计算机仿真实验为手段验证了所提出的模型、算法的有效性；同时建立了具体应用背景下的传感数据及其相关问题的理论分析模型。.项目的研究对于保障无线传感器网络在各个领域应用中的可靠运行提供重要的决策依据，为管理传感器网络和传感数据的可靠性、优化网络结构等具有重要的意义。