有色Petri网验证SPIN及SPIN-E协议

"基于有色Petri网的SPIN协议验证，通过形式化建模工具对SPIN协议进行分析，使用CPNTools进行模拟运行，验证其活性、可达性、有界性，并提出SPIN-E协议以适应有损网络环境。" 在无线传感器网络中，路由协议的研究至关重要，SPIN协议作为首个基于数据的路由协议，因其协商机制和资源自适应性而备受关注。SPIN协议分为SPIN-1和SPIN-2两个部分，旨在解决传统协议的能源消耗问题，延长网络寿命。然而，现有对SPIN协议的研究主要依赖于NS平台的仿真来评估性能。 本文采用了不同的方法，即通过形式化验证技术——有色Petri网（Colored Petri Net, CPN）来对SPIN协议进行分析。有色Petri网是一种强大的建模工具，能有效地表示系统状态的变化和交互。作者宁亮在导师张志鸿的指导下，对SPIN-1和SPIN-2协议构建了各自的有色Petri网模型，然后运用CPNTools进行模拟运行，生成可达图和分析报告，以此分析协议的特性。这些特性包括协议的活性（系统是否能持续运行），可达性（所有合法状态都能从初始状态到达），以及有界性（系统状态的数量是有限的，防止无限循环）。 尽管SPIN协议最初设计为无损网络环境下的协议，但实际网络中常常存在数据包丢失的问题。为解决这一问题，论文提出了SPIN-E协议，该协议在SPIN的基础上增加了重传机制，以适应有损网络环境。同样地，SPIN-E协议也通过有色Petri网进行了建模，并通过CPNTools进行分析，证实了协议不存在死锁，具备可达性和有界性，即使在网络传输有损失的情况下，节点也能获取所需数据。 通过对SPIN协议进行形式化验证，论文不仅为研究提供了更全面的视角，还证明了协议在无线传感器网络中的适用性，并可能发现潜在问题，为协议的优化和未来发展提供了有价值的信息。关键词涉及无线传感器网络、SPIN协议、SPIN-E协议、有色Petri网和CPNTools，这些是理解本文研究核心的关键术语。