无线传感网中基于时空压缩网络编码的传输算法研究

发布时间：2017-04-09 12:12

  本文关键词：无线传感网中基于时空压缩网络编码的传输算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着网络通信技术的迅速发展,无线传感网络(Wireless Sensor Network,WSN)已经在当今社会以及生活中扮演着重要的角色。然而,由于WSN具有移动性、断接性、电源能力局限性等特点,如何在节点资源有限的环境下,降低能耗,充分提高WSN的寿命成为WSN技术有待解决的问题之一。压缩感知(Compressed Sensing,CS)技术可以将信号进行采样压缩,并在解码端仅仅需要很少的数据就能够以高概率近似的恢复出原始信息。而网络编码(Network Coding,NC)技术通过将数据在中间节点进行编码传输,更进一步减少了网络中传输的数据量,节约了网络资源。本文以降低WSN中节点的能量消耗为目的,通过分析数据之间的冗余进行采样压缩,并且结合NC和CS的优势,对WSN的节点节能传输方式进行了深入研究,提出了基于时空压缩网络编码算法及其分簇传输策略。具体的研究工作包括:1.研究了一种结合压缩感知和网络编码的时空压缩网络编码算法(STCNC)。该算法根据数据之间具有的时间和空间相关性以及WSN的广播特性来进一步的采样压缩数据,并利用网络编码的优势来进一步的提高传输效率,而在接收端,压缩感知的引入使得在大量的传感节点失败时,传感读数依旧能高概率的重建,通过NC和CS的内在联系,保证了数据在传输过程中的可靠性。为了证明时空压缩网络编码算法的有效性,论文将STCNC策略应用于分布式传输系统,通过与ICStorage(Improved CStorage)传输方案和NICStorage(the NetCompress based Improved CStorage)传输方案进行仿真比较,本文能够在高概率恢复原始信号的基础上,分别比CStorage传输方案和NICStorage传输方案在传输量上减少35.3%和3.7%,在接收量上减少30.5%和3.1%。从而减少了整个网络的节点能耗,延长了网络寿命。2.在时空压缩网络编码算法的基础上,本文设计出了一种基于时空压缩网络编码的分簇传输方案(STCNC分簇传输方案)。该方案将WSN中各个节点分成不同的传输簇,每个簇中均引入一个重传缓存队列,簇内与簇间运用时空压缩网络编码进行数据的采样压缩,将分簇方案与重传缓存队列相结合,进一步的提高传输效率。通过分析该方案的总传输量以及消耗时隙数,并且通过系统仿真与传统的Plain-CS方案和基于CS的分簇方案作比较,验证了本方案在达到同样恢复效果的情况下,消耗更少的总传输量以及时隙开销。
【关键词】：无线传感网 时空压缩网络编码 数据传输 能量消耗
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 课题研究背景及意义15-16
• 1.2 无线传感网的发展16-17
• 1.3 国内外研究现状17-19
• 1.3.1 网络编码的研究现状17-18
• 1.3.2 压缩感知的研究现状18-19
• 1.4 论文的主要研究工作及组织结构19-21
• 1.4.1 论文的研究工作19-20
• 1.4.2 论文的组织结构20-21
• 第二章 网络编码与压缩感知理论知识21-35
• 2.1 网络编码21-26
• 2.1.1 网络编码基本理论21
• 2.1.2 网络编码特点21-24
• 2.1.3 网络编码的主要应用24-26
• 2.2 压缩感知26-29
• 2.2.1 压缩感知基本理论26-27
• 2.2.2 压缩感知主要研究问题27-29
• 2.3 WSN概述29-34
• 2.3.1 WSN节点结构29-31
• 2.3.2 WSN关键技术及节点限制31-33
• 2.3.3 WSN应用场景33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 时空压缩网络编码算法研究35-49
• 3.1 传统压缩算法分析35-37
• 3.1.1 结合压缩感知和网络编码传输方式35-36
• 3.1.2 数据压缩相关性研究36-37
• 3.2 时空压缩网络编码算法37-43
• 3.2.1 可行性分析37-38
• 3.2.2 编码包的设计38
• 3.2.3 系统模型38-39
• 3.2.4 算法思想39-42
• 3.2.5 时空互相干性42-43
• 3.3 仿真结果43-48
• 3.3.1 引言43
• 3.3.2 参数设置43-44
• 3.3.3 仿真结果与性能分析44-48
• 3.4 本章小结48-49
• 第四章 基于时空压缩网络编码的分簇传输策略49-63
• 4.1 引言49-51
• 4.2 系统模型51-52
• 4.3 基于时空压缩网络编码的分簇传输方案52-56
• 4.3.1 簇内传输52-53
• 4.3.2 簇间传输53
• 4.3.3 饱和包缓存队列53-54
• 4.3.4 路径更新机制54
• 4.3.5 分簇传输方案54-56
• 4.4 传输量和时隙开销分析56-59
• 4.4.1 传输量分析56-57
• 4.4.2 时隙开销分析57-59
• 4.5 仿真结果59-61
• 4.5.1 性能指标59-60
• 4.5.2 仿真结果与性能分析60-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第五章 总结与展望63-65
• 5.1 总结63-64
• 5.2 下一步工作64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-71
• 作者简介71-72

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2 ;全国第十六届信息论学术年会暨全国第二届网络编码学术研讨会征文通知[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集（下册）[C];2008年

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5 李令雄;龙冬阳;;一个非多播网络上网络编码可解性的证明[A];中国电子学会第十五届信息论学术年会暨第一届全国网络编码学术年会论文集（下册）[C];2008年

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