论文部分内容阅读
节点能量有限已成为制约无线传感器网络性能的主要瓶颈,在保障信息传输质量的前提下,如何充分利用有限的网络资源、减少网络节点能耗、延长网络生命周期等已成为无线传感器网络研究工作中的重点问题。网络编码通过对数据编码后再转发的方式,能够有效提升数据投递率、网络吞吐量及网络能量效率。压缩感知将信号投影到稀疏域,通过部分数据能够以较高概率恢复出原始信息的近似值,从而减少了网络中传输的数据量,节约了网络资源。本文的研究工作以降低网络能耗为目标,从减少冗余传输数据量出发,结合网络编码和压缩感知,对无线传感器网络中传感器节点的节能方式进行深入了研究,主要的工作和创新点如下：1、提出一种基于随机网络编码的无线传感器网络多路径节能算法(RNC-ESMP)。该算法首先综合考虑网络节点剩余能量和节点间通信能耗的路径选择概率,引入条件传输价值比；接着构建从信宿节点到信源节点的反馈机制；最后提出中继节点编码选择方案。实验结果表明,该算法有效减少了传输时延和编码节点数,从而实现节能,而对比其他多路径和网络编码算法,RNC-ESMP能有效降低网络平均能耗约15%-50%,减少数据传输时延约12%-33%,从而提高了网络性能。2、提出一种结合随机网络编码和占空比的无线传感器网络节能算法(NCDES)。该算法提出首先根据接收数据的ID信息决定节点处于工作或睡眠状态,以避免数据重复接收；并通过结合随机网络编码,增加在相同传输次数下传输的数据信息量,从而实现节约网络能耗。并且,本文通过理论计算分析了NCDES算法所构建传输模式下的网络能耗最大值,并验证了多跳网络能耗的最优解。实验结果表明,对比其他联合随机占空比网络编码算法和改进型自适应网络编码算法,NCDES能分别延长网络生命周期4.02%和8.51%,并分别提升包投递率14.83%和4.65%,从而有效提升数据包投递率和网络能量效率。3、提出一种融合压缩感知和网络编码的无线传感器网络节能算法(CS-NCES)。该算法首先运用无线传感器网络数据的时间和空间相关性以及随机网络编码矩阵和压缩感知测量矩阵的相似性,在信源节点对数据进行编码,并应用有限域压缩感知对数据进行压缩,将压缩与编码融为一体,以实现数据的编码-压缩-再编码,从而使得中继节点传输数据量少于原数据量,随之降低网络能耗,而信宿节点通过译码-重构-再译码的方式来提升数据传递率。并且,本文通过对压缩感知和网络编码分别作用于实数域和有限域进行研究分析,构造了改进型多项式确定性矩阵,并对其可行性进行了验证。实验结果表明,CS-NCES对比其他网络编码算法,能有效降低网络能耗25.3%-34.5%,提升数据重构效率1.56%-5.98%,从而提升网络编码在无线传感器网络中的实用性和网络性能。