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无线传感器网络中基于网络编码的协作通信研究

作　者: 罗建中
导　师: 覃团发
学　校: 广西大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 协作通信 网络编码 能耗
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 47次
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内容摘要


无线传感器网络的资源受限,因此如何在无线传感器网络中实现低能耗的可靠传输显得尤为重要。协作通信是一种虚拟的MIMO技术,结合了分集技术和中继通信的思想,可以提高通信的可靠性和信道容量。网络编码为提高网络容量,降低网络传输开销提供了新思路,是网络通信领域的重要突破技术,网络编码允许中间节点不再是简单的对信息进行转发,而将接收到的信息进行编码后再转发,可以有效地增加网络传输效率和容量。本文以降低无线传感器网络的传输能耗为目标,研究了无线传感器网络中基于网络编码的协作通信机制,取得一些有意义的研究成果,主要工作包括：(1)提出一种基于无线传感器网络的网络编码协作机制,该机制结合了网络编码和协作通信的特点,在节点处对接收到的信息进行网络编码后再转发给汇聚节点,有助于提高网络性能。此外,还分析了该机制的通信误块率和网络能耗状况,计算机仿真结果表明网络编码协作机制在无线传感器网络的系统平均误块率达到1 0-2时,通信能耗比单路由机制降低了80.9%,比协作通信机制降低了43.7%。(2)研究了网络编码协作机制的源-伙伴能量分配方法,着重考虑节点位置和系统误块率两个因素,提出一个基于最小误块率的能量分配算法。该算法根据协作节点的位置来调整分配系数α的取值,使误块率达到最低。仿真结果表明协作节点距离源节点越远,α取值越大。(3)将网络编码协作方案由两节点协作模式推广到多节点协作模式,分析了多节点网络编码协作机制下节点通信能耗情况,通过计算机仿真对比2,4,8,12个节点进行编码协作通信时网络的传输能耗,仿真结果表明协作节点数越多,平均传输能耗越低。此外,针对多节点情况下传统随机网络编码算法的缺点,提出一种在多节点参与编码时可以减少系数域开销的随机网络编码算法。当路径衰落系数为30dB时,采用该算法的网络编码协作机制比普通的网络编码协作机制节能13.6%。

全文目录


摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-18
  1.1 研究背景及意义  10
  1.2 无线传感器网络概述  10-14
    1.2.1 无线传感器网络概念  10-11
    1.2.2 无线传感器网络特点  11-12
    1.2.3 无线传感器网络应用领域  12-13
    1.2.4 无线传感器网络相关研究  13-14
  1.3 协作通信研究现状  14-15
  1.4 网络编码研究现状  15-16
  1.5 论文研究目的和主要工作  16-17
    1.5.1 论文的研究目的  16
    1.5.2 论文的主要工作  16-17
  1.6 论文结构  17-18
第二章 基于网络编码的协作通信技术  18-29
  2.1 协作通信  18-20
    2.1.1 协作通信原理  18-19
    2.1.2 协作通信研究重点  19-20
  2.2 网络编码  20-23
    2.2.1 网络编码原理  20-21
    2.2.2 线性网络编码  21-22
    2.2.3 随机网络编码  22-23
  2.3 基于网络编码的分布式天线系统  23-26
    2.3.1 系统介绍  23-24
    2.3.2 系统性能分析  24-25
    2.3.3 多用户协作通信模型  25-26
  2.4 基于网络编码的合作通信系统  26-28
    2.4.1 系统介绍  26
    2.4.2 系统性能分析  26-27
    2.4.3 多用户合作通信模型  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第三章 基于无线传感器网络的网络编码协作机制  29-41
  3.1 系统模型介绍  29-31
    3.1.1 单路由机制  29
    3.1.2 协作通信机制  29-30
    3.1.3 网络编码协作机制  30-31
  3.2 系统误块率分析  31-32
    3.2.1 单路由机制误块率  31
    3.2.2 协作通信机制误块率  31
    3.2.3 网络编码协作机制误块率  31-32
  3.3 系统传输能量模型  32-34
  3.4 协作节点选择和能量分配  34-35
    3.4.1 协作节点选择  34
    3.4.2 源-伙伴能量分配  34-35
  3.5 仿真实验及结果分析  35-39
  3.6 本章小结  39-41
第四章 多节点网络编码协作机制及路由框架  41-49
  4.1 多节点网络编码协作机制  41-42
  4.2 算法路由框架及特点  42-46
    4.2.1 组网过程及路由维护  43
    4.2.2 数据传输过程  43-44
    4.2.3 改进的随机网络编码  44-45
    4.2.4 编码数据包结构  45
    4.2.5 节点能量分配方法  45-46
  4.3 网络性能仿真和分析  46-48
  4.4 本章小结  48-49
第五章 总结和展望  49-50
  5.1 工作总结  49
  5.2 工作展望  49-50
参考文献  50-54
致谢  54-55
攻读硕士学位期间发表的学术论文  55

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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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