WSN中基于壓縮網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)匯集技術(shù)研究.pdf

1、作為21世紀(jì)的前沿技術(shù)，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network, WSN）在工農(nóng)業(yè)控制、生物醫(yī)療、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)以及國(guó)防軍事等領(lǐng)域都扮演著重要角色。它融合了傳感技術(shù)、微電子工藝以及無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，為人類(lèi)認(rèn)識(shí)世界和改變世界提供了一種很有效的工具。在WSN中，各分布式節(jié)點(diǎn)分別采集到局部數(shù)據(jù)后進(jìn)行一定的處理，然后將處理過(guò)的數(shù)據(jù)通過(guò)某指定的路由路徑發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn)，最后由匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行還原后得到區(qū)域數(shù)據(jù)。

2、不同的路由路徑選擇方法以及中間節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的處理方法，形成了各種不同的數(shù)據(jù)匯集方案。目前應(yīng)用在WSN的數(shù)據(jù)匯集方案主要有兩種：基于特定路由的多跳存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸與處理。其中前者設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以漸進(jìn)地感知數(shù)據(jù)，但是會(huì)使得網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)處于能耗不均衡狀態(tài)，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)壽命；后者雖然可以提高的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的能耗均衡性，但解碼端卻存在“全有或全無(wú)”（All-or-Nothing，AON）問(wèn)題，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
　　本文介紹了

3、WSN的結(jié)構(gòu)以及典型的數(shù)據(jù)匯集技術(shù)，并說(shuō)明其存在的不足；分別對(duì)網(wǎng)絡(luò)編碼（Network Coding, NC）以及壓縮感知（Compressed Sensing, CS）的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了說(shuō)明，包括隨機(jī)線(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)編碼（RLNC，Random Linear Network Coding）以及壓縮感知的非相干測(cè)量和重構(gòu)算法；分析兩者之間的內(nèi)在聯(lián)系，利用WSN各節(jié)點(diǎn)感知數(shù)據(jù)的相關(guān)性以及無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)膹V播特性，建立了一個(gè)漸進(jìn)感知的高能效的WSN數(shù)據(jù)匯集

4、方案——壓縮網(wǎng)絡(luò)編碼方案（Compressed Network Coding，CNC），簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是由于WSN中感知數(shù)據(jù)存在相關(guān)性，對(duì)于不滿(mǎn)秩的網(wǎng)絡(luò)編碼矩陣可以利用CS解碼算法重構(gòu)出來(lái)一定的信息。
　　在該方案的基礎(chǔ)上，分析了匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)感知數(shù)據(jù)的重建過(guò)程，結(jié)果表明，匯聚節(jié)點(diǎn)對(duì)于數(shù)據(jù)的重建是漸進(jìn)的，CNC方案精確重構(gòu)數(shù)據(jù)的成功率比一般的網(wǎng)絡(luò)編碼方案高了約15％以上，從而很好地解決了AON問(wèn)題。然后通過(guò)定性和定量分析網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的能耗情