無線傳感器網(wǎng)絡冗余編碼及路由決策策略研究.pdf

1、隨著物聯(lián)網(wǎng)以及“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)與“互聯(lián)網(wǎng)+”感知神經(jīng)系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡必將達到一個空前的發(fā)展高度。在物聯(lián)網(wǎng)以及“互聯(lián)網(wǎng)+”的發(fā)展的同時，對于無線傳感器網(wǎng)絡的相關研究也越來越迫切，尤其是無線傳感器網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)傳輸可靠性問題。對于無線傳感器網(wǎng)絡的研究與應用，最核心的其實就是以最低的成本將有效的數(shù)據(jù)可靠地傳輸?shù)街付康牡?。然而，受制于無線傳感器網(wǎng)絡自身的低處理能力，低功耗，低成本以及能量有限等特征因素的限制，這給無線傳感器網(wǎng)絡方

2、面的相關研究與方案設計帶來了極大的挑戰(zhàn)，尤其是在以最低的網(wǎng)絡資源成本下，如何有效地提高數(shù)據(jù)傳輸可靠性。
　　盡管針對無線傳感器網(wǎng)絡方面的相關問題已經(jīng)存在大量的解決方案。然而，在所有現(xiàn)有的文獻中，沒有一個方法可以適用于所有的場景和應用，仍然存在很多亟待解決的難點。例如：
　　1．針對易受干擾的無線信道來說，缺乏一種能夠適用于無線傳感器網(wǎng)絡的定量的快速準確的低代價鏈路質量估計方法。
　　2．針對無線信道數(shù)據(jù)傳輸可靠性方面，

3、需要一種能夠適用于無線傳感器網(wǎng)絡的高魯棒性，低延遲低功耗，且能夠根據(jù)無線鏈路質量自適應地調整冗余量的冗余編碼方案。
　　3．路由協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡中最為核心的關鍵問題之一，針對無線傳感器網(wǎng)絡特征的限制條件，需要一種能夠在保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性的前提下，適用于快速鏈路估計的能量有效可靠路由協(xié)議，以提高無線傳感器網(wǎng)絡綜合性能。
　　針對無線傳感器網(wǎng)絡一些現(xiàn)有的亟待解決的問題，本文主要從鏈路質量估計，冗余編碼以及能量有效的可靠性路由

4、三個方面進行研究。論文主要的研究內容與創(chuàng)新點主要概括為：
　　(1)在硬件平臺開發(fā)的基礎上，對無線傳感器網(wǎng)絡性能方面進行大量的測試，并對測試結果進行了數(shù)據(jù)分析與處理，并提出了基于Ornstein-Uhlenbeck模型的WSN鏈路質量估計方法，該方法包括對基于物理量RSSI的無線鏈路質量估計以及對直接評估信道質量的包成功率PSR進行基于Logistic生長曲線函數(shù)關系的映射。通過仿真與實驗驗證，提出的方法有效地估計預測出無線信道的

5、鏈路質量，這為后續(xù)的可靠性研究打下了基礎。
　　(2)針對數(shù)據(jù)傳輸可靠性方面，首先提出了一種基于Reed-Solomon冗余編碼的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)可靠性策略。該方案將單位矩陣結合Vandermonde矩陣作為編碼矩陣，有效降低了算法的復雜度。在冗余數(shù)量方面，結合第一點的結果，可以準確地預測下一時刻的冗余量，充分利用了網(wǎng)絡的信道與能量資源。在有效提高信道數(shù)據(jù)魯棒性的同時，針對無線傳感器網(wǎng)絡的突發(fā)干擾問題，提出一種錯誤確認機制，進一

6、步提高了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的可靠性。最后，對提出的方法進行仿真驗證，并有現(xiàn)有的一些方法進行比較分析，結果顯示，提出的算法在數(shù)據(jù)可靠性方面具有明顯的提升。
　　(3)在信道編碼方面，除了上述基于PSR的可靠性數(shù)據(jù)傳輸機制外，還提出了一種基于誤碼率的冗余剩余數(shù)系統(tǒng)(RRNS：Redundancy Resident Number System)的無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸可靠性機制。在該方法中，本文提出了一種新穎的解碼方法，有效降低了算法的復雜度。在

7、有效提高信道數(shù)據(jù)魯棒性的同時，針對無線傳感器網(wǎng)絡的突發(fā)干擾問題，本文將該方法也與錯誤確認機制結合，使之在數(shù)據(jù)傳輸可靠性方面又有了一定的提升。同時，我們將提出的方法與現(xiàn)有的方法進行仿真比較與分析，驗證了該方法的效果與性能。
　　(4)在網(wǎng)絡數(shù)據(jù)可靠性問題上，為了更加快捷可靠且能量有效地進行數(shù)據(jù)交互，本文提出了一種能量有效的期待傳輸數(shù)可靠性路由決策策略。該決策策略分別將兩個物理量RSSI與剩余節(jié)點能量作為決策因子，其中物理量RSSI用

8、于結合Ornstein-Uhlenbeck預測模型進行鏈路質量估計。該方法在提高網(wǎng)絡數(shù)據(jù)可靠性與低延遲的同時，提高了網(wǎng)絡能量的有效性利用，延長了網(wǎng)絡生存壽命。此外，為了驗證該方法的效果，本文利用NS-2.35對提出的策略進行仿真模擬，并與現(xiàn)有的協(xié)議進行比較分析，驗證了提出的方法的效果與性能。
　　本文重點關注無線傳感器網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸可靠性問題，分別從無線鏈路質量估計，冗余編碼以及能量均衡可靠性路由三個關鍵技術方面提出相應的解決方案。