14、基于物联网的网络物理系统中关键节点检测：应用、方法与挑战

基于物联网的网络物理系统中关键节点检测：应用、方法与挑战

1. 物联网与通信需求

物联网（IoT）是发展迅速且前景广阔的技术，已影响到人们生活的诸多领域。智能手机的出现让人们能轻松连接和控制远程设备，如智能家居可自动控制温度、灯光等设施；智能温室、自动驾驶车辆、智能制造系统等也都是物联网的应用场景。

硬件和电子技术的进步催生了小型、快速且节能的设备，它们能存储大量数据、精确感知事件、进行复杂计算，并通过WiFi、蓝牙和5G等技术通信。这些设备可运行嵌入式程序，支持不同通信端口，能通过有线、无线或多跳网络连接到互联网，使物联网网络能在各种环境中建立。

在物联网系统中，通信至关重要。系统由众多节点组成，用于完成传感、数据处理、存储和机械操作等任务，这些任务大多由远程节点通过互联网或通信平台控制。不同应用场景会根据实际情况选择合适的通信平台，如智能家居用局域网或WiFi，公共交通或户外跟踪系统用4G或5G网络，森林火灾控制系统用多跳自组织连接。

然而，几乎所有通信平台都可能因硬件问题、软件错误或环境条件而出现故障。因此，物联网系统需尽可能提高连接的鲁棒性，并制定应对故障的准确计划，以提升系统可靠性。

2. 关键节点的定义与问题

在图论中，关键节点是指移除后会使图断开为不相连组件的节点，关键边则是使图分成不相连部分的边。通信网络可建模为图，节点是顶点，链接是边，找出图的关键节点能揭示网络中故障会给系统带来高成本的部分。

关键节点检测问题（CNDP）有多种变体，大多是NP完全问题。常见的三个问题如下：
- 关键节点问题（CNP） ：通过删除数量不超过预定义整数