網(wǎng)絡(luò)編碼在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中地地的應(yīng)用

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1、實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案網(wǎng)絡(luò)編碼在無線傳感器中的應(yīng)用引言隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信與人們的生活聯(lián)系越來越緊密。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量正在迅速增長(zhǎng)，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的多樣化和網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量要求不斷提高。因此，如何提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，尋求解決傳輸數(shù)據(jù)可靠性低的辦法，已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。在現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中，信息傳輸都是由節(jié)點(diǎn)經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)，以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式傳送到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的。除了數(shù)據(jù)復(fù)制之外，一般來說在網(wǎng)絡(luò)的中間節(jié)點(diǎn)并不需要做任何數(shù)據(jù)處理，在許多實(shí)際應(yīng)用中，人們?yōu)榱诵畔⒎治?，信息安全以及交換的目的，總是要在

2、中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行某種形式的數(shù)據(jù)處理。人們普遍認(rèn)為，中間節(jié)點(diǎn)所進(jìn)行的數(shù)據(jù)處理對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程本身不會(huì)帶來任何好處。但2000年香港中文大學(xué)的AhlswedeR在IEEE信息論壇會(huì)刊上發(fā)表的論文徹底推翻了這一結(jié)論，網(wǎng)絡(luò)編碼理論應(yīng)運(yùn)而生，字網(wǎng)絡(luò)編碼被提出之后便逐漸得到了許多研究者的廣泛關(guān)注，他們也從編碼、應(yīng)用等角度對(duì)其提出了多種改進(jìn)方法。本文將介紹一種網(wǎng)絡(luò)編碼在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)編碼的思想網(wǎng)絡(luò)編碼是一種融合了路由與編碼的信息交換技術(shù)，它的核心思想是在網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上對(duì)各條信道上受到的信息進(jìn)行先行或者是非線性的處理，然后轉(zhuǎn)發(fā)給

3、下游節(jié)點(diǎn)，中間節(jié)點(diǎn)扮演者編碼器或信號(hào)處理器的角色。根據(jù)圖論中的最大流最小割定理，數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方通信的最大速率不能超過雙方之間的最大流值，如果采用傳統(tǒng)多播路由的方法，一般不能達(dá)到其上界。網(wǎng)絡(luò)編碼可以達(dá)到多播路由傳輸?shù)淖畲罅鹘?，提高信息的傳輸效率。精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案圖中給出了網(wǎng)絡(luò)編碼的經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)圖，圖中有箭頭代表有向鏈路，假設(shè)每條鏈路的容量為1，心愿節(jié)點(diǎn)向接受節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送2bit的信息。圖(a)中采用傳統(tǒng)的廣播技術(shù)，節(jié)點(diǎn)S分別向節(jié)點(diǎn)T，U發(fā)送1bit的信息，節(jié)點(diǎn)T，U在分別將接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給其他節(jié)點(diǎn)，這樣節(jié)點(diǎn)T，U都可

4、以直接獲得1bit，但是，但這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通過W進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)候，由于節(jié)點(diǎn)Y，Z之間的鏈路容量為1，因此，每1bit的信息需要在此排隊(duì)等候一個(gè)單位時(shí)間。這樣，每個(gè)接收點(diǎn)在單位時(shí)間接收到的比特?cái)?shù)為1.5bit。圖(b)采用了網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)，中間節(jié)點(diǎn)將兩條鏈路上接受到的信息進(jìn)行編碼，然后再送出，在接受節(jié)點(diǎn)，根據(jù)接受到的消息，即可恢復(fù)原來的發(fā)送信息。由于不需要排隊(duì)，每個(gè)接受節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到2bit，此時(shí)的編碼增益為33%，并達(dá)到了廣播的最大流量。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是大量的靜止或者移動(dòng)的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成無線網(wǎng)

5、絡(luò)，其目的是協(xié)作的感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)感知對(duì)象的檢測(cè)信息，并報(bào)告給用戶。大量的傳感器節(jié)點(diǎn)分布于要探測(cè)的區(qū)域中，將探測(cè)數(shù)據(jù)通過匯聚節(jié)點(diǎn)經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給用戶。傳感器節(jié)點(diǎn)總體上說可以有五部分組成：傳感器、中央控制單元、通信模塊、存儲(chǔ)單元、電池。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)有一下2個(gè)基本特點(diǎn)：1)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量、通信能力、計(jì)算和存儲(chǔ)能力都十分受限；2)傳感器節(jié)點(diǎn)所采用的期間受到了限制，節(jié)點(diǎn)也更容易出現(xiàn)故障。另外由于環(huán)境影響、帶寬限制、信號(hào)干擾和能量耗盡等因素，無線通信容易失效，可靠性差。因此，設(shè)計(jì)有效的策略，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間周期，成

6、為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究的核心問題，由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中主要的能耗是節(jié)點(diǎn)間通信，減少通信量是節(jié)約消耗的主要方法，因此，將網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)應(yīng)用在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中是非常合適的。因?yàn)闊o線鏈路和物理層的不穩(wěn)定性，廣播特性非常適用于網(wǎng)絡(luò)編碼，無線網(wǎng)絡(luò)也成為了第一個(gè)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)編碼的領(lǐng)域。傳輸?shù)耐ㄟ^量和能量利用率主要的衡量無線移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)性能的指標(biāo)，如何利用現(xiàn)有的資源增加網(wǎng)絡(luò)的吞吐量和能量利用的效率是研究的重心，網(wǎng)絡(luò)編碼應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)性能的影響主要集中在增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量、節(jié)省節(jié)點(diǎn)能量消耗、增加傳輸可靠性和安全性、增加數(shù)據(jù)聚合效率?；诰W(wǎng)絡(luò)編

7、碼的FLOOD協(xié)議基于網(wǎng)絡(luò)編碼的FLOOD協(xié)議實(shí)在IP層和MAC層之間增加一個(gè)編碼成，編碼機(jī)會(huì)查找和編碼的機(jī)會(huì)在這一層完成。算法的基本思想如下：1.節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行處理后不是直接丟掉，而是將其放在一個(gè)數(shù)據(jù)池中緩存一段時(shí)間。2.節(jié)點(diǎn)通過廣播各自的鄰居狀態(tài)報(bào)告來時(shí)的每個(gè)幾點(diǎn)都知道自己的2跳鄰居狀態(tài)并將給狀態(tài)信息存在一張2跳鄰居節(jié)點(diǎn)表中。3.每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)表，記錄自精彩文檔實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)文案己的鄰居節(jié)點(diǎn)收到了哪些數(shù)據(jù)，用于確定是否發(fā)送某個(gè)數(shù)據(jù)包和是否對(duì)某個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行編碼。當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，通過查看2跳鄰居節(jié)點(diǎn)表，

8、可以推知該數(shù)據(jù)包上一跳節(jié)點(diǎn)的鄰居已收該數(shù)據(jù)包，據(jù)此曾欣鄰居接收表相應(yīng)表項(xiàng)。如果通過查看鄰居接收表，知道該節(jié)點(diǎn)的鄰居都已收到該數(shù)據(jù)包，該節(jié)點(diǎn)就不轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。1.只是用簡(jiǎn)答的異或操作來進(jìn)行編碼，并且只對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，編碼必須能夠被所有的鄰居節(jié)點(diǎn)解碼。2.使用一個(gè)貪心的編碼法案，即不是選取