基于網(wǎng)絡(luò)編碼和壓縮感知的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能算法研究.pdf

1、節(jié)點(diǎn)能量有限已成為制約無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能的主要瓶頸,在保障信息傳輸質(zhì)量的前提下,如何充分利用有限的網(wǎng)絡(luò)資源、減少網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能耗、延長網(wǎng)絡(luò)生命周期等已成為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究工作中的重點(diǎn)問題。網(wǎng)絡(luò)編碼通過對數(shù)據(jù)編碼后再轉(zhuǎn)發(fā)的方式,能夠有效提升數(shù)據(jù)投遞率、網(wǎng)絡(luò)吞吐量及網(wǎng)絡(luò)能量效率。壓縮感知將信號投影到稀疏域,通過部分?jǐn)?shù)據(jù)能夠以較高概率恢復(fù)出原始信息的近似值,從而減少了網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量,節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。本文的研究工作以降低網(wǎng)絡(luò)能耗為目標(biāo),從減少

2、冗余傳輸數(shù)據(jù)量出發(fā),結(jié)合網(wǎng)絡(luò)編碼和壓縮感知,對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中傳感器節(jié)點(diǎn)的節(jié)能方式進(jìn)行深入了研究,主要的工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　1、提出一種基于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑節(jié)能算法(RNC-ESMP)。該算法首先綜合考慮網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)剩余能量和節(jié)點(diǎn)間通信能耗的路徑選擇概率,引入條件傳輸價值比;接著構(gòu)建從信宿節(jié)點(diǎn)到信源節(jié)點(diǎn)的反饋機(jī)制;最后提出中繼節(jié)點(diǎn)編碼選擇方案。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該算法有效減少了傳輸時延和編碼節(jié)點(diǎn)數(shù),從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能,而對

3、比其他多路徑和網(wǎng)絡(luò)編碼算法,RNC-ESMP能有效降低網(wǎng)絡(luò)平均能耗約15％-50%,減少數(shù)據(jù)傳輸時延約12%-33%,從而提高了網(wǎng)絡(luò)性能。
　　2、提出一種結(jié)合隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼和占空比的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能算法(NCDES)。該算法提出首先根據(jù)接收數(shù)據(jù)的ID信息決定節(jié)點(diǎn)處于工作或睡眠狀態(tài),以避免數(shù)據(jù)重復(fù)接收;并通過結(jié)合隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼,增加在相同傳輸次數(shù)下傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息量,從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約網(wǎng)絡(luò)能耗。并且,本文通過理論計(jì)算分析了NCDES算法所構(gòu)

4、建傳輸模式下的網(wǎng)絡(luò)能耗最大值,并驗(yàn)證了多跳網(wǎng)絡(luò)能耗的最優(yōu)解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,對比其他聯(lián)合隨機(jī)占空比網(wǎng)絡(luò)編碼算法和改進(jìn)型自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼算法,NCDES能分別延長網(wǎng)絡(luò)生命周期4.02%和8.51%,并分別提升包投遞率14.83%和4.65%,從而有效提升數(shù)據(jù)包投遞率和網(wǎng)絡(luò)能量效率。
　　3、提出一種融合壓縮感知和網(wǎng)絡(luò)編碼的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能算法(CS-NCES)。該算法首先運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的時間和空間相關(guān)性以及隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)編碼矩陣和壓

5、縮感知測量矩陣的相似性,在信源節(jié)點(diǎn)對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼,并應(yīng)用有限域壓縮感知對數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮,將壓縮與編碼融為一體,以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的編碼-壓縮-再編碼,從而使得中繼節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)量少于原數(shù)據(jù)量,隨之降低網(wǎng)絡(luò)能耗,而信宿節(jié)點(diǎn)通過譯碼-重構(gòu)-再譯碼的方式來提升數(shù)據(jù)傳遞率。并且,本文通過對壓縮感知和網(wǎng)絡(luò)編碼分別作用于實(shí)數(shù)域和有限域進(jìn)行研究分析,構(gòu)造了改進(jìn)型多項(xiàng)式確定性矩陣,并對其可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,CS-NCES對比其他網(wǎng)絡(luò)編碼算法,能有效降低