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基于网络编码的无线传感器网络的分析与设计

作　者: 王艳萍
导　师: 杨龙祥
学　校: 南京邮电大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 网络编码 可靠性 多经路由 能量消耗
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Networks)是一种多跳自组织的网络,具有功耗低、成本低、分布式等特点,其通过分布于待测区域内的大量节点来协作地感知与处理网络覆盖区域内的信息。现在的WSN中,主要有三种保障数据可靠传输的机制,主要是前向纠错编码(FEC)、自动重传(ARQ)与多径传输。这三种可靠性机制的共同特点是要增加数据的冗余度,这使得WSN增加了不同程度的传输能耗开销。由于在能量有限的传感器节点上集成了感知、控制与无线通信等多种功能,因此在WSN中如何建立能量有效的可靠性保障机制是一个值得深入研究的问题。网络编码理论的提出彻底打破了中节点只能接收和转发信息的传统路由方式,允许网络中间节点对来自不停链路的信息进行编码组合,然后将编码信息进行转发,接收端根据收到的编码信息(不必是全部信息)进行解码。大量研究证明,网络编码有提高网络吞吐量、使节点能耗降低、使网络负载均衡、降低传播时延、提高信息传输的安全性、提高网络的容错性与鲁棒性等特点。由无线传感器网与网络编码的特点可知网络编码非常适合运用到WSN中。本文首先研究WSN中现有的可靠性保障机制以及其各自的特点。然后论述了网络编码的编码原理,特别详细地介绍了随机线形网路编码。本文重点研究了基于网络编码的无线传感器网络中的可靠性保障机制与传统可靠性机制的性能比较,如网络编码在单路径传输与多径传输的情况下网络的性能,并提出一种将网络编码与ARQ结合的新的ARQ传输机制。ReInForm是WSN的一种可靠路由协议,在对其分析与改进的基础上提出了基于网络编码的可靠路由NC-ReInForm,并对NC-ReInForm的报文格式与协议流程以及其可靠性进行了详细分析与介绍。结果表明在满足一定可靠性要求下,NC-ReInForm路由能明显减少多径数并降低能量消耗。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 研究背景及意义  9-11
    1.2.1 研究背景  9-11
    1.2.2 研究意义  11
  1.3 相关研究及现状  11-15
  1.4 研究目的及主要工作  15
  1.5 论文结构  15-17
第二章 无线传感器网络概述  17-28
  2.1 无线传感器网络  17-22
    2.1.1 无线传感器的系统结构  17-18
    2.1.2 无线传感器网络的体系结构  18-20
    2.1.3 无线传感器网络的特点  20-21
    2.1.4 无线传感器网络的应用及关键技术  21-22
  2.2 无线传感器网络常见的可靠传输机制  22-26
    2.2.1 无任何可靠性机制时WSN 的可靠性  22-23
    2.2.2 ARQ 自动重传  23-24
    2.2.3 前向纠错FEC  24-25
    2.2.4 多经传输  25-26
  2.3 常见可靠传输机制的性能仿真  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第三章 网络编码  28-37
  3.1 引言  28
  3.2 网络编码的基本概念  28-29
  3.3 网络编码的基本原理  29-31
  3.4 网络编码的特点  31-33
    3.4.1 网络编码的优点  31-32
    3.4.2 网络编码的缺点  32-33
  3.5 常用的网络编码方案  33-36
    3.5.1 线性网络编码  33
    3.5.2 随机网络编码  33-36
    3.5.3 非线性网络编码  36
  3.6 本章小结  36-37
第四章 基于网络编码的无线传感器网络的可靠性分析  37-51
  4.1 单径传输下基于网络编码的可靠性分析  37-39
  4.2 多径传输下基于网络编码的可靠性分析  39-40
  4.3 一种基于网络编码的ARQ 策略  40-44
    4.3.1 编码策略  40-42
    4.3.2 可靠性分析  42-44
  4.4 基于网络编码的无线传感器网络的可靠性性能仿真  44-50
    4.4.1 单径传输下基于网络编码的可靠性仿真  44-46
    4.4.2 多径传输下基于网络编码的可靠性仿真  46-48
    4.4.3 基于网络编码的ARQ 的可靠性仿真  48-50
  4.5 本章小结  50-51
第五章 基于网络编码的REINFORM 路由的分析与设计  51-61
  5.1 REINFORM 路由的介绍及可靠性分析  52-55
    5.1.1 ReInForm 路由协议  52-54
    5.1.2 ReInForm 路由协议的可靠性分析  54-55
  5.2 基于网络编码的REINFORM 路由协议及可靠性分析  55-57
    5.2.1 基于网络编码的ReInForm 路由协议  56
    5.2.2 基于网络编码的ReInForm 路由协议的可靠性分析  56-57
  5.3 基于网络编码的REINFORM 路由协议的可靠性仿真  57-60
  5.4 本章小结  60-61
第六章 总结与展望  61-63
  6.1 工作总结  61-62
  6.2 未来的研究方向  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-68
作者攻读硕士学位期间发表的论文  68

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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