1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks,WSNs)是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量傳感器節(jié)點以無線通信方式組成的一個多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),實時地監(jiān)測、感知和采集監(jiān)測對象的信息。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)推廣的重要載體,未來延伸Internet覆蓋范圍以及支持普適計算的關(guān)鍵技術(shù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展,促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)社會生產(chǎn)生活中信息感知能力、信息互通性和智能決策能力的全面提升,并在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,已顯示出巨大的應(yīng)用價

2、值并成為現(xiàn)階段研究的熱點。作為一種新興的信息獲取和處理技術(shù)的分布式計算平臺,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有著無中心自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化、通信與計算能力有限、電源能量受限等自身特性。工作環(huán)境存在不可預(yù)測性,因振動、電磁、系統(tǒng)噪聲和隨機噪聲等環(huán)境因素干擾導(dǎo)致錯誤感知數(shù)據(jù)?；蛞蚬?jié)點的移動超出了通信范圍、物體阻擋、信道干擾和數(shù)據(jù)碰撞堵塞等原因,網(wǎng)絡(luò)鏈路質(zhì)量變差,出現(xiàn)暫時或永久性的故障,導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖?影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性和運行穩(wěn)定性,對網(wǎng)絡(luò)的

3、自組織能力、自適應(yīng)性和魯棒性帶來更大的挑戰(zhàn)。高可靠性和穩(wěn)定性目前仍然是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的難點。故障容錯策略能提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)運行的魯棒性和傳輸可靠性。其本質(zhì)是在檢測網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異?；蚬收蠒r,能及時尋找合理的容錯控制方案,自適應(yīng)地處理多種網(wǎng)絡(luò)異?，F(xiàn)象,繼續(xù)提供高可信的計算服務(wù)。但基于預(yù)先構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),無法滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)大規(guī)?？蓴U展的需求。且因網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性與故障多樣性并受限于實際應(yīng)用條件,現(xiàn)有容錯模型簡單對故障進(jìn)行抽象和特征提取,對新出

4、現(xiàn)的故障特征缺乏自主在線學(xué)習(xí)能力,嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)故障容錯性能。針對新出現(xiàn)的故障特征,在動態(tài)自適應(yīng)構(gòu)造故障容錯結(jié)構(gòu)框架、設(shè)計自主的在線容錯等方面還有待深入研究。
　　本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點或鏈路故障以及工作環(huán)境等因素會影響到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性問題,主要在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)層上,通過采取主動故障預(yù)防或網(wǎng)絡(luò)異常后故障容錯的方式提高網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性。建立并優(yōu)化多路徑路由算法,或運用網(wǎng)路層多種容錯策略,或垮層聯(lián)合控制優(yōu)化,或引入仿生免

5、疫機理和現(xiàn)代仿生智能算法開展網(wǎng)絡(luò)層可靠傳輸和故障容錯研究。具體工作如下：
　?、鸥鶕?jù)蟻群仿生智能算法對構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)容錯路由的啟示,提出非均勻等級分簇的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障容錯路由算法。根據(jù)骨干網(wǎng)特性,建立數(shù)學(xué)模型和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),運用改進(jìn)粒子群算法(IPSO)對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行非均勻等級靜態(tài)分簇,構(gòu)建非均勻等級分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。引入最優(yōu)最差螞蟻系統(tǒng)(BWAS)在相鄰等級節(jié)點間建立多條傳輸鏈路,并根據(jù)螞蟻信息素歸一化值作為傳輸路徑的選擇概

6、率建立能故障容錯的網(wǎng)絡(luò)路由。同時對容錯性與復(fù)雜度進(jìn)行理論分析,對數(shù)據(jù)包接收率、平均傳輸時延及能耗均衡等進(jìn)行仿真分析。
　?、漆槍幋a機制影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸可靠性問題,提出基于糾刪編碼的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑可靠傳輸策略。對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點進(jìn)行等級標(biāo)定,根據(jù)蟻群算法確定路徑信息素值。根據(jù)反映鏈路質(zhì)量的最優(yōu)最差螞蟻系統(tǒng)的信息素歸一化值,在相鄰等級節(jié)點間建立互不交叉的多路徑路由傳輸容錯機制,優(yōu)化糾刪編碼并建立基于糾刪編碼的多路徑負(fù)載均衡機制,

7、將源數(shù)據(jù)包經(jīng)糾刪編碼的數(shù)據(jù)片沿多條路徑分配和傳輸,建立數(shù)學(xué)模型并進(jìn)行理論分析,并通過仿真測試負(fù)載均衡和故障容錯性能。
　?、轻槍μ荻炔呗杂绊懢W(wǎng)絡(luò)傳輸可靠和故障容錯問題,提出基于梯度的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑可靠傳輸容錯策略。首先進(jìn)行二次 k均值非等概率簇分裂構(gòu)建非均勻拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),按質(zhì)量評價函數(shù)計算節(jié)點的綜合度量信息并建立等高線,建立基于梯度的互不交叉的多路徑路由,實施負(fù)載均衡的線性糾刪編碼多路徑傳輸。建立負(fù)載均衡機制下的多路徑傳輸數(shù)學(xué)模

8、型,對數(shù)據(jù)成功傳輸率與能效性等網(wǎng)絡(luò)多項性能指標(biāo)進(jìn)行理論分析和仿真評價。
　?、雀鶕?jù)免疫系統(tǒng)機理對構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑容錯路由的啟示,提出基于免疫系統(tǒng)機理的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑容錯路由算法。研究免疫系統(tǒng)機理、人工免疫系統(tǒng)模型與無線傳感器網(wǎng)絡(luò)故障檢測容錯的屬性關(guān)聯(lián)。定義基于免疫分簇與免疫多路徑等基本問題,運用免疫系統(tǒng)機理對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分簇以構(gòu)建緊致性較好的分簇拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),運用免疫系統(tǒng)機理對初始建立的互不交叉的多條傳輸路徑進(jìn)行多次變異優(yōu)化