[发明专利]一种具有骨干节点的线性无线传感器网络性能分析方法

说明书

本发明公开了一种具有骨干节点的线性无线传感器网络性能分析方法，建立含有骨干节点的多级性能状态系统模型。针对具有混合结构的多级性能状态LWSN系统更加复杂问题，根据传感器节点到达基站的数量对系统性能水平进行划分。通过共享不同性能水平中涉及的所有同构子模型构建多值决策图模型，计算多值决策图中相同汇聚节点的每条路径出现的概率，通过概率加和的计算方法，从而计算出具有骨干节点的线性无线传感器网络在特定性能水平的运行概率。该分析方法精确性高，计算速度快，适用于各种多态模式，对真实世界中LWSNs的可靠性提高，提供了重要的计算和评判依据。

技术领域

本发明涉及复杂工程系统容错性分析领域，尤其涉及一种具有骨干节点的线性无线传感器网络性能分析方法。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)由传感器节点组成，传感器节点可以感知和传输被监测的环境或物体的物理信息(如基础设施监测)。组成网络的每个传感器节点可以是不相同的，例如，他们可以是同一个系列中不同代产品或者来自不同供应商的不同型号同类产品。

传统的LWSN，任何传感器节点的失效会导致网络断开，具有骨干节点的线性无线传感器网络模型，其中除了普通传感器节点之外，还使用有限数量的特殊节点，称为骨干节点用来支持信息传输。骨干节点通常被用作连接骨干子网络，以提供传输路径冗余，从而增强整个网络的连通性和可靠性。

由于传感器子网络和骨干子网络之间的依赖性，基于枚举最小路径或二元决策图(BDDS)的方法分析具有混合结构的多级性能状态LWSN系统的性能水平是比较困难的。因此，更简单且切合实际的性能分析方法，对于多级性能状态系统模型的性能分析具有重大的长远意义。

发明内容

本发明目的是针对具有骨干节点的线性无线传感器网络，提供一种基于MDD建模下的多值决策图的性能分析方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种具有骨干节点的线性无线传感器网络性能分析方法，包括以下步骤：

S1、建立具有骨干节点的线性无线传感器网络模型；

S2、根据传感器节点到达基站的数量定义性能水平L_k；

S3、构建多值决策图模型；

S4、根据多值决策图模型计算线性无线传感器网络性能的可靠性。

进一步的，所述步骤S1中的具有骨干节点的线性无线传感器网络模型由n个传感器节点N_i和m个骨干节点B_j，1≤i≤n,1≤j≤m以及基站D组成；使用状态变量X_i对应传感器节点N_i，状态变量Y_j对应骨干节点B_j，X_i＝0表示传感器节点N_i处于失效状态，Y_j＝0表示骨干节点B_j处于失效状态；X_i(Y_j)＝1表示传感器节点N_i处于运行状态，Y_j＝1表示骨干节点B_j处于运行状态；Z＝(Y₁,Y₂,...,Y_m,X₁,X₂,...,X_n)表示随机系统状态向量；

进一步的，所述系统状态z表示为z＝(y1,y2,...,ym,x1,x2,...,xn)，其中x_i表示传感器节点N_i的状态，yj表示骨干节点Bj的状态，系统处于状态z的概率为：

Pr(Z＝z)＝Pr_sensorPr_backbone