基于網絡編碼的無線傳感器網絡能效研究.pdf

1、國內圖書分類號：TN929.5學校代碼：10213國際圖書分類號：621.3密級：公開工學博士學位論文工學博士學位論文基于網絡編碼的無線傳感器網絡能效研究博士研究生：王亞松導師張欽宇教授申請學位：工學博士學科：信息與通信工程所在單位：深圳研究生院答辯日期：2012年11月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學摘要I摘要作為21世紀十大新興技術，無線傳感器網絡通過對傳感技術、微電子工藝，以及無線網絡的融合，實現(xiàn)了物理世界與信息網絡的連接，極大的擴展

2、了人類認識和改造世界的能力。但是，目前傳感器節(jié)點采用能量有限的電池供電且很難得到補充，使其無法長時間處于工作狀態(tài)，而日益增長的業(yè)務需求對節(jié)點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的業(yè)務需求和傳感器節(jié)點的能量受限之間矛盾的主要手段。網絡編碼技術的出現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)數(shù)據傳輸模式的觀念。該技術通過編碼組合數(shù)據包的方式減少了數(shù)據傳輸次數(shù)，能夠達到最大網絡信息流。網絡編碼的出現(xiàn)為無線傳感器網絡的能量問題提供了一

3、種新的思路和研究方向。但是，對于應用網絡編碼技術解決無線傳感器網絡中的能量問題的相關研究仍處于起步階段，需要對其理論基礎和實現(xiàn)方法進行深入的研究。本文在網絡編碼理論的基礎上，明晰了網絡編碼增益與拓撲結構以及能量效率之間的關系，以網絡編碼與無線傳感器網絡的結合為切入點，以減少節(jié)點能量消耗為目標，針對現(xiàn)有技術的不足，分析了網絡編碼技術應用于傳感器網絡中對節(jié)點能量消耗的影響并設計了相應的提升能量效率方法。主要工作歸納為以下幾個方面：(1)基于

4、拓撲結構的網絡編碼增益研究。網絡編碼的實現(xiàn)及性能與網絡拓撲結構密切相關。為了利用網絡編碼解決無線傳感器網絡中的能量問題，需要明晰何種拓撲結構能夠獲得編碼增益，進而才能合理的設計網絡編碼與WSN相結合的方式。本文針對適用于網絡編碼的網絡拓撲結構進行了研究，提出了廣義蝶形網絡——GBN(GeneralizedButterflywk)，保證了網絡編碼的可實現(xiàn)性，并給出了網絡編碼增益上界；提出了一種網絡編碼是否存在編碼增益的判斷準則，以該方法作

5、為限定條件，給出了GBN具有網絡編碼增益的重要推論。(2)基于蝶形拓撲的無線傳感器網絡的能量效率研究。在研究了網絡拓撲與網絡編碼增益關系的基礎上，本文重點分析了具有編碼增益的2GBN拓撲中，網絡編碼對無線傳感器網絡能量效率的影響，從理論上證明了網絡編碼能夠有效提升無線傳感器網絡能量效率。具體地，針對2GBN拓撲下點到點傳輸方式和網絡編碼傳輸方式的能量效率進行了系統(tǒng)的分析，研究了網絡參數(shù)(中間節(jié)點個數(shù)、節(jié)點間距離)、系統(tǒng)參數(shù)(功放功率、調