無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于編碼技術(shù)的低能耗可靠數(shù)據(jù)傳遞方案.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層通常采用低功率低數(shù)據(jù)率的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，其節(jié)點(diǎn)由能量極為有限的電池供電，網(wǎng)絡(luò)一旦部署后更換電池比較困難。因此，節(jié)點(diǎn)通常采用低功耗器件來降低能耗，從而導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)無線電傳輸信號(hào)功率低，容易受環(huán)境的干擾，數(shù)據(jù)包傳輸可靠性不高。于是，設(shè)計(jì)一種節(jié)能且可靠的數(shù)據(jù)傳遞方案對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用極為重要。
　　本文的主要工作體現(xiàn)在以下兩方面：
　　首先，本文介紹了編碼技術(shù)中擦除碼和網(wǎng)絡(luò)編碼

2、的基本原理。然后針對利用數(shù)據(jù)收集樹的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，采用Reed-Solomon碼來提高數(shù)據(jù)傳遞的可靠性，設(shè)計(jì)了簡單Reed-Solomon碼，即S-RS（Simple Reed-Solomon）碼。本文接著提出基于S-RS碼的可靠數(shù)據(jù)收集策略即S-RS數(shù)據(jù)收集策略，導(dǎo)出了S-RS數(shù)據(jù)收集策略的總能耗、數(shù)據(jù)收集率和時(shí)延，并依此建立了時(shí)延和數(shù)據(jù)收集率約束下的能耗最小化這一優(yōu)化問題。通過求解該優(yōu)化問題，節(jié)點(diǎn)能夠設(shè)置最優(yōu)的編碼和重傳參數(shù)，使得

3、在時(shí)延和數(shù)據(jù)收集率約束下能耗達(dá)到最小。也就是說，S-RS數(shù)據(jù)收集策略可以讓節(jié)點(diǎn)采用段內(nèi)編碼或者段間編碼將要傳遞的傳感數(shù)據(jù)進(jìn)行分段和編碼，通過優(yōu)化每個(gè)段所包含的傳感數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)、編碼冗余度、數(shù)據(jù)鏈路層最大重傳次數(shù)這三個(gè)參數(shù)，使得在事先給定的數(shù)據(jù)收集率和時(shí)延約束下收集數(shù)據(jù)的能耗達(dá)到最低。此外，利用NesC程序設(shè)計(jì)語言編制程序，并利用Ubuntu12和TinyOS操作系統(tǒng)，在實(shí)際TelosW節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)了S-RS數(shù)據(jù)收集策略。TelosW節(jié)點(diǎn)上的實(shí)

4、驗(yàn)以及仿真和數(shù)值分析表明：S-RS數(shù)據(jù)收集策略能夠以較低的能耗達(dá)到較高的數(shù)據(jù)收集率。
　　其次，本文采用機(jī)會(huì)路由的思想，提出了能量有效的可靠機(jī)會(huì)路由 EROR，它利用結(jié)合節(jié)點(diǎn)剩余能量和鏈路上收發(fā)雙方的總能耗的轉(zhuǎn)發(fā)代價(jià)，有效選擇轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)集合（簡稱“轉(zhuǎn)發(fā)集”）、主轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)和協(xié)助轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，讓節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)發(fā)射功率并利用隨機(jī)線性編碼把數(shù)據(jù)包分片編碼發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)集，進(jìn)而以多跳方式把數(shù)據(jù)可靠而且低能耗地從信源傳遞到信宿。仿真結(jié)果表明：在網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間和