基于網絡編碼的無線傳感器網絡能量效率技術研究.pdf

1、近年來，技術的進步和制造成本的降低使得無線傳感器網絡(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、保存數據，并將數據傳輸給匯聚節(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)。
　　路由技術是無線傳感器網絡中的一種重要的

2、基礎支撐技術，路由協(xié)議的好壞關系到組網的質量。由于無線傳感器網絡在網絡特點、業(yè)務特點和應用需求等方面與傳統(tǒng)網絡存在顯著差別，無線傳感器網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的出現為傳統(tǒng)路由技術的發(fā)展帶來了新的活力。本文研究無線傳感器網絡中能量高效的數據傳輸機制、數據存儲與修復技術以及能量高效的組播技術。
　　(1)本文研究了無線傳感器網絡中基于網絡編碼的多徑路由的能量效率。采用的多徑網絡模型是纏繞多路徑模型，所用的網

3、絡編碼方案為隨機線性網絡編碼。研究了基于網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)分析了網絡中不同參數對網絡性能的影響，如跳數，數據包長度，子包大小，簇大小等，并通過對這些參數的分析，導出一種優(yōu)化的傳輸方案，該方案使得網絡能夠以更少的資源開銷完成網絡傳輸。此外，通過大量的離散事件仿真發(fā)現，實驗結果與分析結果是一致的，并測試了在特殊環(huán)境下（如網絡擁塞，節(jié)點失效等）的網絡性能。
　　(3)本文提出了一種無

4、線傳感器網絡中能量高效的數據存儲和修復方案。通過構造具有稀疏特性的網絡碼字來實現能量高效的分布式存儲。此外，利用網絡編碼在中間節(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絡中能夠高效地進行數據恢復，節(jié)約了數據包傳輸的次數。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，還能均衡網絡中的能量負載，從而能夠提升網絡的生存時間。
　　(4)提出將多速率網

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