網路編碼輔助的高性能無線感測器網路關鍵技術研究

《網路編碼輔助的高性能無線感測器網路關鍵技術研究》是依託中山大學，由劉星成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：網路編碼輔助的高性能無線感測器網路關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉星成
• 依託單位：中山大學

中文摘要

在利用無線感測器網路(WSN)實施重要場景的監控過程中，節點信息傳輸失敗或信息包丟失會帶來非常嚴重的後果。而無線感測器網路中的節點資源（能量和頻寬等）又有限，因此，無線感測器網路的可靠性與能量效率的研究是個極其重要的課題。為了在資源有限的無線感測器網路中提高數據傳輸的可靠性，本研究擬利用網路編碼技術，使得相關網路節點聯合傳送數據包，通過多路徑路由與數據融合，從而提高無線感測器網路的可靠性，與此同時儘量最小化網路資源的消耗。WSN中的多路徑路由主動保護與路由修復機制是值得探討的問題，本課題擬採用熵最佳化理論，採用信道編碼和網路編碼聯合設計的方法，以達到提高數據傳輸可靠性的目的。同時，採用數據融合與通信協作等手段可以降低資源開銷，延長網路生命周期。由於WSN的可靠性與能量效率之間是存在矛盾的，因此，探討其均衡性問題並找出其平衡條件，將會進一步提高WSN的自適應能力。

結題摘要

在無線感測器網路(WSN)中，節點信息傳輸失敗或信息包丟失會帶來非常嚴重的後果。本研究利用網路編碼技術，使相關網路節點聯合傳送數據包，通過多路徑路由提高無線感測器網路的可靠性，與此同時儘量最小化網路資源的消耗。由於WSN 的可靠性與能量效率之間是存在矛盾的，因此，探討其均衡性問題並找出其平衡條件，進一步提高WSN 的自適應能力。通過基於網路編碼的協作通信機制研究、QoS保障的自適應協作網路編碼機制研究以及聯合網路編碼與信道編碼的研究，我們提出了基於隨機網路編碼的協作傳輸機制NCCC。該算法充分利用了網路編碼和協作通信的優勢，結果表明該算法可以大大提高數據傳輸的可靠性，同時在對抗單節點失效方面也表現出了優越性。此外，相對於傳統的方案，該算法在時延和可靠性上取得了較好的折中。在聯合網路編碼和解碼方面，當WSN的多個節點需要傳送數據的時候，可以根據當前信道情況，調整網路編碼包的個數。如果增加網路編碼包，則單次傳送所需的能量增大。在另一方面，誤包率降低使得可能的重傳次數就降低。因此需要找到最優的網路編碼包數量，使得總的消耗的能量最小。在LDPC碼解碼算法研究上，基於禁忌搜尋算法的思想，設計了節點可靠性判定準則。該準則可以對節點信息的可靠性進行準確判斷。在此基礎上提出了更加準確的動態選擇策略，根據這個動態選擇策略設計的動態調度解碼算法可以在一定程度上克服陷阱集和貪婪性的影響，降低算法誤碼平底，提升收斂速度。上述研究成果已經在IEEE Sensors Journal 和 IEEE Transactions on Communications等雜誌和學術會議上發表。所取得的成果對改善無線感測器網路的能量效率、可靠性和延時等性能方面具有重要的意義。