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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)自身的特点导致网络传输的可靠性不稳定,现有的无线传感器网络可靠性保障机制往往从围绕个别性能参数的启发式设计开始,在真正部署之后需要不断地进行补丁式的改善,这是由于网络设计之初没有整体地进行可靠性设计造成的。目前关于网络基础可靠性的研究已经建立了较为严密的理论基础和技术体系,然而针对无线传感器网络任务可靠性的研究还缺乏成熟的理论和技术方法。因此,研究无线传感器网络任务可靠性具有重要的理论和实用价值。本文从无线传感器网络的任务可靠性角度出发,构建一个适应无线传感器网络特征的整体优化的可靠性解决方案,该方案是一般性的,不局限于具体的网络拓扑和网络协议,并能够根据网络变化进行动态调整,使得无线传感器网络可靠传输任务从评估到设计能够紧密地结合。论文的主要研究工作和贡献如下:(1)针对无线传感器网络的拓扑先验信息较难获取的问题,研究不受具体路由协议假设的限制,能够动态高效地推断无线传感器网络路由拓扑的策略。提出了一种数据包追踪混合局部探测的路由拓扑推断方法RTI(Route Topology Inference),重构从源节点到sink节点的路由拓扑。RTI能够适应动态网络并且能够重构更一般的有向无环图拓扑,具有良好的适应性。本文选择拓扑距离和重构时间来评估路由拓扑重构算法的正确性和有效性,并与iPath、PathZip方法进行了比较。仿真结果显示,RTI在动态和丢包环境中仍能保持较好的重构性,为无线传感器网络提供了全局路由视图,并能保持多项式级的计算复杂度。(2)针对无线传感器网络任务可靠性评估问题,分析了多源背景下无线传感器网络传输任务特征,定义了无线传感器网络任务可靠性,建立了任务剖面以及无线传感器器网络传输任务的故障判据;从任务可靠性角度出发分别建立了网络下行和上行传输的任务可靠性评估模型,可实现按需定制评估,并能够根据网络状况对评估框架动态更新。基于该框架,本文针对典型的簇状和网状无线传感器网络的传输任务可靠性进行了评估,与源节点到sink节点的两端可靠性相比,添加了任务标识的任务可靠性的评估理论值与仿真值更为接近,由此验证了评估框架的有效性及准确性。对无线传感器网络传输任务可靠性进行准确的评估能够更好地优化设计可靠传输机制,减少网络重传、多径路由等增加的能量消耗以及重传造成的延迟。(3)针对无线传感器网络中可靠高效的集中式传输任务分配问题,从全局优化的角度出发,将可靠性和任务截止期约束下能耗最小的无线传感器网络传输任务分配问题转化成非线性混合整数规划问题,并通过事件驱动动态调整传输任务分配策略,提出了集中式无线传感器网络传输任务分配策略RETAT-C(Reliable and Energy Efficient Task Allocation of Transmission Based on Centralized)。RETAT-C 在全局路由视图基础上,由sink获取全局网络状态信息并将其作为RETAT-C中全局优化的基础,然后根据任务可靠性需求以及任务截止期约束,采用任务可靠性评估模型评估源节点到sink节点传输任务可靠性,选择出满足可靠性需求和任务截止期约束下能耗最小的无线传感器网络传输任务分配方案。仿真结果表明,由于RETAT-C从全局优化的角度出发,结合基于任务粒度的可靠性评估结果进行传输任务分配,与根据信道丢包率进行任务分配的IWSN策略相比,RETAT-C的传输任务分配的成功率和能耗两个方面具有明显优势。(4)针对无线传感器网络中可靠高效的分布式传输任务分配问题,研究了面向层次型和面向平面型拓扑的两种分布式传输任务分配,提出了两种在可靠性和任务截止期约束下的无线传感器网络分布式传输任务分配策略,分别是面向分簇拓扑的分布式传输任务分配策略RETAT-Cluster(Reliable and Energy Efficient Task Allocation of Transmission Based on Cluster),以及基于多 sink 的分布式传输任务分配策略 RETAT-Multi-sink(Reliable and Energy Efficient Task Allocation of Transmission Based on Multi-sink)。在 RETAT-Cluster 策略中,sink 节点根据应用的可靠性需求对所有的簇首节点进行可靠性分配,簇首节点根据被分配的阶段目标可靠性约束进行本地传输任务分配;仿真结果表明,与集中式传输任务分配相比,RETAT-Cluster降低了传输任务分配的通信代价和时延。RETAT-Multi-sink策略中的全局视图由多个sink节点获取本地视图后再合并而成,多个sink都具有一致的全局视图,使其以全局优化的方式响应本地传输任务分配需求并且无需与远程节点通信,克服了集中式的传输任务分配在大规模传感器网络中存在的通信开销和时延较大的缺点,并且有更好的可扩展性。