基于網(wǎng)絡編碼的無線傳感器網(wǎng)絡能量效率技術(shù)研究.pdf

1、近年來，技術(shù)的進步和制造成本的降低使得無線傳感器網(wǎng)絡(WSN，Wireless SensorNetwork)得到了突飛猛進的發(fā)展。由于傳感器節(jié)點的易部署性和多功能性，WSN被廣泛應用到各種領域，如醫(yī)療衛(wèi)生、目標跟蹤、環(huán)境監(jiān)控等。傳感器節(jié)點的主要任務是收集、保存數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給匯聚節(jié)點做進一步的操作。傳感器節(jié)點能量的有限性和無線鏈路的不可靠性給設計高效的通信、存儲機制帶來了巨大的挑戰(zhàn)。
　　路由技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡中的一種重要的

2、基礎支撐技術(shù)，路由協(xié)議的好壞關系到組網(wǎng)的質(zhì)量。由于無線傳感器網(wǎng)絡在網(wǎng)絡特點、業(yè)務特點和應用需求等方面與傳統(tǒng)網(wǎng)絡存在顯著差別，無線傳感器網(wǎng)絡路由的設計面臨一系列新的挑戰(zhàn)。尤其是近年來新技術(shù)的出現(xiàn)為傳統(tǒng)路由技術(shù)的發(fā)展帶來了新的活力。本文研究無線傳感器網(wǎng)絡中能量高效的數(shù)據(jù)傳輸機制、數(shù)據(jù)存儲與修復技術(shù)以及能量高效的組播技術(shù)。
　　(1)本文研究了無線傳感器網(wǎng)絡中基于網(wǎng)絡編碼的多徑路由的能量效率。采用的多徑網(wǎng)絡模型是纏繞多路徑模型，所用的網(wǎng)

3、絡編碼方案為隨機線性網(wǎng)絡編碼。研究了基于網(wǎng)絡編碼的纏繞多路徑中成功交付率和能量消耗的分析模型。
　　(2)分析了網(wǎng)絡中不同參數(shù)對網(wǎng)絡性能的影響，如跳數(shù)，數(shù)據(jù)包長度，子包大小，簇大小等，并通過對這些參數(shù)的分析，導出一種優(yōu)化的傳輸方案，該方案使得網(wǎng)絡能夠以更少的資源開銷完成網(wǎng)絡傳輸。此外，通過大量的離散事件仿真發(fā)現(xiàn)，實驗結(jié)果與分析結(jié)果是一致的，并測試了在特殊環(huán)境下（如網(wǎng)絡擁塞，節(jié)點失效等）的網(wǎng)絡性能。
　　(3)本文提出了一種無

4、線傳感器網(wǎng)絡中能量高效的數(shù)據(jù)存儲和修復方案。通過構(gòu)造具有稀疏特性的網(wǎng)絡碼字來實現(xiàn)能量高效的分布式存儲。此外，利用網(wǎng)絡編碼在中間節(jié)點進行編碼的思想，設計了一種迭代的修復策略，該方法使得在無線多跳網(wǎng)絡中能夠高效地進行數(shù)據(jù)恢復，節(jié)約了數(shù)據(jù)包傳輸?shù)拇螖?shù)。并通過理論證明了該方案可以工作在非常小的有限域上。最后通過實驗證明，該方法相比傳統(tǒng)方法在降低能量消耗的同時，還能均衡網(wǎng)絡中的能量負載，從而能夠提升網(wǎng)絡的生存時間。
　　(4)提出將多速率網(wǎng)

5、絡編碼方法應用于無線多跳網(wǎng)絡的組播通信中，該方法能夠顯著提升組播網(wǎng)絡的吞吐量。并且提出了一種多速率網(wǎng)絡碼字的構(gòu)造方法，該方法在絕大多數(shù)的網(wǎng)絡情況下，都能使得接收節(jié)點以各自的最大流速率接收數(shù)據(jù)。并且提出了一個“流對齊”的方法來分離網(wǎng)絡中的獨立鏈路，從而顯著地降低網(wǎng)絡的復雜度。
　　(5)提出了一個充分條件，當該條件滿足時，網(wǎng)絡中的所有目的節(jié)點均能以最大流的速率接收數(shù)據(jù)。大量的實驗證明，該方法所提出的多速率編碼方法能夠提升網(wǎng)絡的吞吐量