基于免疫危险理论的无线传感器网络故障诊断及修复

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)是由大量部署在目标区域的传感器节点组成，通过多跳、无线通信、自组织形成的网络系统，实时感知检测对象的信息。随着无线传感器网络的发展，已被广泛应用到环境检测、农业生产、医疗保健、智能家居等多个领域，在空间探索和灾难拯救方面无线传感器网络发挥着独有的优势。由于无线传感器网络节点自身资源受限、部署环境恶劣、无人监管无法直接进行维护等多方面因素，导致无线传感器网络容易发生故障并对实际生产造成严重后果，所以迫切需要实用性的无线传感器网络故障诊断及网络修复技术。
　　无线传感器网络有别于传统网络，针对无线传感器网络的特点，本论文采用免疫危险理论（Immune Danger Theory, IDT）与其他算法，有效相结合形成新算法对无线传感器网络系统故障进行诊断及对网络进行修复。故障诊断是结合无线网络特点准确判断出故障类别，以便及时对网络进行修复和故障的预防。本文提出无线传感器网络修复是针对整个无线传感器网络进行修复，并不是替换故障传感器节点或修复单个传感器节点，对整个网络修复，使网络完成它应有的任务和功能，保证网络的安全运行。本文的研究的内容及创新点如下所示：
　　（1）免疫危险理论与KNN算法相结合的诊断算法，无线传感器网络节点在清醒（工作状态）感知危险，抗原提呈给决策节点，决策节点实现故障诊断。该诊断算法为双层，第一层为危险感知，判断潜在故障，第二层为故障诊断，确认故障类别，有效的提高的诊断的性能；只有在感知为危险的情况下，才进行故障诊断，有效的减少了无线传感器节点之间的通信，节省的无线传感器网络的能耗；基于免疫危险理论的记忆性和克隆变异的优势，诊断算法有自学能力，使无线传感器网络故障诊断在故障样本数少的情况下，同样具有很好的诊断性能。
　　（2）针对无线传感器网络故障诊断问题，本文提出了免疫危险理论与粒子群（Particle Swarm Optimization, PSO）相结合的无线传感器网络修复算法，免疫危险理论全局的进行异常感知，在异常节点周围建立危险域，无线传感器网络修复的目标保证网络在最低能耗的情况下正常运行，基于PSO算法在无线域内，实现异常节点任务的分担，实现网络修复。免疫危险具有很好的分布性和全局性，PSO算法实现容易收敛性快，很好的结合无线传感器网络的特点。
　　（3）通过OPENT仿真软件实现对无线传感网络的仿真，通过实验来验证本文算法的可行性和可靠性。

目录

第一章绪论

1.1 课题研究的背景及意义

1.2WSN国内外研究现状

1.3论文主要工作

第二章 无线传感器网络及免疫危险理论原理

2.1无线传感器网络

2.2免疫危险理论

本章小结

第三章 基于KNN的免疫危险理论WSN故障诊断

3.1KNN分类算法

3.2基于KNN免疫危险理论WSN故障诊断算法实现

本章小结

第四章 基于免疫危险理论粒子群算法的WSN网络修复

4.1粒子群算法简介

4.2基于免疫危险理论粒子群算法的WSN网络修复算法实现

4.3基于PSO粒子群算法的WSN网络修复算法

本章小结

第五章仿真实验

5.1仿真平台介绍

5.2 基于KNN的免疫危险理论的WSN故障诊断

5.3 基于免疫危险理论PSO粒子群的WSN网络修复的仿真实验

本章小节

总结与展望

5.1本文的主要工作总结

5.2 后续工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及专利

声明

致谢