基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效研究.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書分類號(hào)：TN929.5學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書分類號(hào)：621.3密級(jí)：公開工學(xué)博士學(xué)位論文工學(xué)博士學(xué)位論文基于網(wǎng)絡(luò)編碼的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能效研究博士研究生：王亞松導(dǎo)師張欽宇教授申請(qǐng)學(xué)位：工學(xué)博士學(xué)科：信息與通信工程所在單位：深圳研究生院答辯日期：2012年11月授予學(xué)位單位：哈爾濱工業(yè)大學(xué)摘要I摘要作為21世紀(jì)十大新興技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過對(duì)傳感技術(shù)、微電子工藝，以及無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的融合，實(shí)現(xiàn)了物理世界與信息網(wǎng)絡(luò)的連接，極大的擴(kuò)展

2、了人類認(rèn)識(shí)和改造世界的能力。但是，目前傳感器節(jié)點(diǎn)采用能量有限的電池供電且很難得到補(bǔ)充，使其無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)，而日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量受限提出了挑戰(zhàn)。因此，如何提升能量在受限情況下的有效性成為平衡不斷增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求和傳感器節(jié)點(diǎn)的能量受限之間矛盾的主要手段。網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸模式的觀念。該技術(shù)通過編碼組合數(shù)據(jù)包的方式減少了數(shù)據(jù)傳輸次數(shù)，能夠達(dá)到最大網(wǎng)絡(luò)信息流。網(wǎng)絡(luò)編碼的出現(xiàn)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量問題提供了一

3、種新的思路和研究方向。但是，對(duì)于應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量問題的相關(guān)研究仍處于起步階段，需要對(duì)其理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行深入的研究。本文在網(wǎng)絡(luò)編碼理論的基礎(chǔ)上，明晰了網(wǎng)絡(luò)編碼增益與拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及能量效率之間的關(guān)系，以網(wǎng)絡(luò)編碼與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合為切入點(diǎn)，以減少節(jié)點(diǎn)能量消耗為目標(biāo)，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，分析了網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用于傳感器網(wǎng)絡(luò)中對(duì)節(jié)點(diǎn)能量消耗的影響并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的提升能量效率方法。主要工作歸納為以下幾個(gè)方面：(1)基于

4、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)編碼增益研究。網(wǎng)絡(luò)編碼的實(shí)現(xiàn)及性能與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)密切相關(guān)。為了利用網(wǎng)絡(luò)編碼解決無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的能量問題，需要明晰何種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)能夠獲得編碼增益，進(jìn)而才能合理的設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)編碼與WSN相結(jié)合的方式。本文針對(duì)適用于網(wǎng)絡(luò)編碼的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，提出了廣義蝶形網(wǎng)絡(luò)——GBN(GeneralizedButterflywk)，保證了網(wǎng)絡(luò)編碼的可實(shí)現(xiàn)性，并給出了網(wǎng)絡(luò)編碼增益上界；提出了一種網(wǎng)絡(luò)編碼是否存在編碼增益的判斷準(zhǔn)則，以該方法作

5、為限定條件，給出了GBN具有網(wǎng)絡(luò)編碼增益的重要推論。(2)基于蝶形拓?fù)涞臒o(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量效率研究。在研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c網(wǎng)絡(luò)編碼增益關(guān)系的基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)分析了具有編碼增益的2GBN拓?fù)渲?，網(wǎng)絡(luò)編碼對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率的影響，從理論上證明了網(wǎng)絡(luò)編碼能夠有效提升無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效率。具體地，針對(duì)2GBN拓?fù)湎曼c(diǎn)到點(diǎn)傳輸方式和網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸方式的能量效率進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，研究了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)(中間節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)、節(jié)點(diǎn)間距離)、系統(tǒng)參數(shù)(功放功率、調(diào)