基于故障注入和指标模型的工业无线传感器网络可靠性测试与评估方法研究

Wireless sensor network(WSN) is a new computing pattern, and it has the incomparable advantages than the traditional wired network. But the reliability of the industry sensor network based on wireless communication is easily affected by various factors and become unstable, so the reliability research is a key problem. Then the reliability test and evaluation technology provides an effective way to measure and improve the network performance. This project is mainly to research the industrial wireless sensor network reliability test and evaluation methods: (1) Study the node running information acquisition and storage methods, massive operation data mining and analysis method and fault injection method, etc. Firstly, we reconstruct the collected data in order to describe the network operation details, network behavior view and network data packet analysis etc. Secondly we evaluate network performanceis and given the performance of Classification results so it is foundation for reliability evaluation; (2) Research on factors affecting the reliability of industrial wireless sensor network, and from the perspective of performance to analysis the reliability, then analyze the industrial wireless sensor network protocol layer's contribution to the network reliability and loss performance indicators, thus establishing industrial wireless sensor network reliability evaluation model and study the effective strategies and methods for reliability evaluation; (3) Study the applications of industrial wireless sensor network reliability test and evaluation methods, realize the dynamic analysis and quantitative of network reliability.

无线传感器网络(WSN)是一种全新的计算模式，它具有传统有线网络无法比拟的优点。但是基于无线通信的工业WSN的可靠性易受到各种因素的影响而变得不稳定。这其中可靠性研究是一个关键技术难题。而可靠性测试与评估为衡量和提高网络性能提供了有效的手段。本课题主要研究工业WSN可靠性测试与评估方法：(1)研究节点运行信息获取与存储方法、海量运行数据挖掘与分析方法、故障注入方法等，一是对收集到的数据进行数据重构，描述网络运行细节、行为查看、网络数据分组分析等。二是评估网络性能，给出性能分类等级结果，为可靠性评估打下基础；(2)研究针对工业WSN可靠性的影响因素，从性能指标的角度对可靠性进行剖析，分析各协议层性能指标对网络可靠性的贡献和损耗，从而建立可靠性评估模型，研究有效的可靠性评估策略和方法；(3)研究工业WSN下可靠性测试与评估方法的应用问题，实现网络可靠性的动态分析与量化，保障网络的高可靠性运行。

工业无线传感器网络(工业WSN)是由具有无线通信与计算能力的传感器节点构成、部署在工业现场环境为某种工业应用提供解决方案的自组织分布式网络智能系统。在过去的十年中，工业无线技术和传感器技术有了巨大的发展，无线传感器网络在工业应用的优势已经越来越明显。目前，如何设计搭建稳定可靠的工业无线传感器网络是该领域重要的研究内容之一。本课题主要研究工业WSN可靠性测试与评估方法：(1)研究节点运行信息获取与存储方法、海量运行数据挖掘与分析方法、故障注入方法等，一是对收集到的数据进行数据重构，描述网络运行细节、行为查看、网络数据分组分析等。二是评估网络性能，给出性能分类等级结果，为可靠性评估打下基础；(2)研究针对工业WSN可靠性的影响因素，从性能指标的角度对可靠性进行剖析，分析各协议层性能指标对网络可靠性的贡献和损耗，从而建立可靠性评估模型，研究有效的可靠性评估策略和方法；(3)研究工业WSN下可靠性测试与评估方法的应用问题，实现网络可靠性的动态分析与量化，保障网络的高可靠性运行。本课题围绕工业WSN性能测试与可靠性评估两大确保WSN高可靠性的重要技术提出了几种新的、有效的解决方案。(1)提出了FIPES，一种新的故障注入评测工业无线传感器网络及其可靠性方法，为工业WSN测试及可靠性验证研究领域注入了一种新的方法。(2)针对工业无线传感器网络的主要性能指标进行了分析和统计，并建立可靠性指标体系，分析可靠性的构成和及其影响。(3)在可靠性评估方法方面，在指标体系研究的基础上，对可靠性评估的方法进行研究。通过性能指标的可靠性贡献度对迥异的性能指标进行无量纲化并进行单元可靠性向系统可靠性的综合，得到网络整体可靠性的量化结果。(4)搭建了实际的工业无线传感器网络可靠性测试与评估平台，具有良好的通用性和扩展性。本课题的研究工作是工业无线传感器网络从理论研究和实验应用向工业实际应用领域过渡的关键一环，是工业应用选择网络和维护网络的基础，推动工业无线传感器网络从研究向实用的方向发展，因此具有较高的学术研究价值和社会应用意义。