無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)-信道編碼研究.pdf

1、分布式編碼是針對協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)提出的一種有效的信道編碼策略，可以改善協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中的傳輸可靠性。網(wǎng)絡(luò)編碼可以提高網(wǎng)絡(luò)容量，在網(wǎng)絡(luò)編碼方案中，中繼節(jié)點對從多個信源節(jié)點接收的數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼，并發(fā)送編碼后的數(shù)據(jù)包。中繼節(jié)點通過編碼操作壓縮信息，以減少傳輸次數(shù)和帶寬消耗。目前在無線通信領(lǐng)域，針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSNs），聯(lián)合設(shè)計分布式信道編碼和網(wǎng)絡(luò)編碼是一個研究熱點。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)編碼的一

2、個重要實現(xiàn)是自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)編碼協(xié)作(Adaptive Network Coded Cooperation，ANCC)，在該方案中，實時網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔挥成涞揭粋€圖形碼上。通過此方法，網(wǎng)絡(luò)編碼設(shè)計問題被簡化為圖碼設(shè)計問題。本文針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的分布式網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)展開研究，重點針對分布式信道編碼和網(wǎng)絡(luò)編碼的聯(lián)合設(shè)計在無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入分析和探討。論文的主要工作如下:
　　研究了有多個傳輸會話的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，多

3、組信源節(jié)點通過一個共同的無線中繼網(wǎng)絡(luò)與它們各自的目的節(jié)點通信。本文首先提出多個傳輸會話模型的網(wǎng)絡(luò)編碼分集復(fù)用(Network Code Division Multiplexing，NCDM)方案，消除了在每個目的端會話間的干擾。網(wǎng)絡(luò)編碼分集復(fù)用方案的基本思想是利用低密度生成矩陣碼(Low-Density Generator Matrix，LDGM)的特性，即將生成矩陣右乘其相應(yīng)的校驗矩陣的轉(zhuǎn)置獲得一個全零陣。其次，基于對網(wǎng)絡(luò)編碼分集復(fù)用

4、方案的性能分析，觀察等效接收信號、會話個數(shù)以及生成矩陣列重之間的關(guān)系，并提出新的構(gòu)造生成矩陣的設(shè)計準(zhǔn)則。最后，通過吞吐量和復(fù)雜度評估在有多個傳輸會話的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中采用此網(wǎng)絡(luò)編碼分集復(fù)用方案的性能。評估結(jié)果證明本文提出的方案不僅具有線性的計算復(fù)雜度，而且與串行會話方案相比，具有相似的誤碼性能，并能顯著改善吞吐量。
　　研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于噴泉碼的分布式網(wǎng)絡(luò)編碼(Distributed NetworkCoding，DNC)方

5、案。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，一組傳感器節(jié)點作為信源節(jié)點，通過其它稱為中繼節(jié)點的傳感器節(jié)點以多跳形式與一個目的端進(jìn)行通信。在目的端，形成基于圖的噴泉碼。接收足夠個數(shù)的編碼包后，目的端開始譯碼。本文主要推導(dǎo)基于LT(Luby-Transform)碼的分布式網(wǎng)絡(luò)編碼方案在瑞利衰落信道上采用最大似然(Maximum-Likelihood，ML)譯碼的誤比特(Bit Error Rate，BER)性能下界。在LT碼誤比特性能界的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)基于Rapt

6、or碼的誤比特性能上界和下界。數(shù)值和仿真結(jié)果表明當(dāng)碼長隨著擴(kuò)展系數(shù)增大而變長時，本文推導(dǎo)的性能上界和下界漸近逼緊。本文推導(dǎo)的性能界可以用于優(yōu)化噴泉碼(Fountain Codes)在瑞利衰落信道條件下的度分布設(shè)計。
　　提出了一個基于噴泉碼的不等差錯保護(hù)（Unequal Error Protection，UEP）分布式網(wǎng)絡(luò)編碼方案，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的信源節(jié)點提供任意的錯誤保護(hù)（即保護(hù)等級可連續(xù)變化）。推導(dǎo)出不等差錯保護(hù)分布式網(wǎng)絡(luò)