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[摘 要]在分析传统无线网络视频传输差错控制方案的基础上，研究差错控制引起的能量消耗因素，通过介绍无线传感器网络能量消耗模型，借助分析了采用前项差错控制以及常用纠错码所引起的能量消耗。
[关键词]无线网络视频；差错控制
中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0132-01
随着在微机电系统（MEMS）技术、无线通信和数字电子技术的进步和日益成熟，具有感知、计算和通信能力的微型传感器已经出现。由于“普适计算”（pervasive computing）思想的出现促使计算、通信和传感器等3项技术相结合，产生了无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）。该网络能适用于环境恶劣或人们无法到达的区域，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。因此，它在军事、医疗、空间探测、环境监测、抢险救灾、安全生产监控等领域都有广泛应用。
由于无线传感器网络在多个领域的应用，保证无线链路中数据传输的可靠性成为十分关键的问题。差错控制是通信网络中保证数据传输可靠性的必要机制，数字信号在传输过程中容易受到噪声干扰的影响，使信号码元波形变坏，在到达接收端会发生错误，因此，有必要对数据传输过程进行差错控制。此外，无线传感器网络可应用的特殊环境，如，军事、医疗等领域对数据的正确性要求很严格，因此，应当进行误码率比较低的差错控制。
1 差错控制
无线传感器网络的传感器节点分布环境复杂、多样等原因，导致传感器节点寿命受能源的影响比较大，然而，有研究表明：无线传感器网络能量消耗主要消耗在数据传输过程中，因此，能量消耗是在设计差错控制方案时需考虑的一个重要因素。
1.1 差错控制引起的能量消耗
在设计任何的通信系统时，多数用户感兴趣的一个参数就是在发送端和接收端的链路可靠性。数据发送端的可靠性可以通过2种途径来实现：一种是增大输出功率Pout；另外一种对于数据传输采用前向差错控制（FEC）。利用FEC，对于一个固定的输出功率可以减小信息比特错误的概率Pb。然而，FEC会需要额外的处理能量，也就是在发送端和接收端的能量消耗。依靠所利用的前向纠错算法，这些数据处理过程所需要的额外能量消耗与输出功率的减少相比起来，显得微不足道。可以尝试去减小用于发送端到接收端之间数据传输所带来的能量损耗。这些传输所需要的能量可以分为输出功率的损耗和差错控制编码处理过程的损耗。
在2个节点之间进行通信的时候，能量的消耗发生在2个地方，一是信息数据的传输（输出功率），另外一个是数据帧和差错控制的处理过程。因此，可以定义通信能量等于传输数据所消耗的能量与差错控制解码和编码所消耗的能量之和。
1.2 能量消耗模型
差错控制的解码和编码可以通过不同的平台来执行。在最初的系统中，编码过程通过微处理器用C语言编程来实现。为了给数据解码和编码过程的能量消耗建立模型，所消耗的能量可以直接测量。
在这个无线电收发模型中，当发生数据通信的传输时，必有一个功率放大器。此外，在系统启动的时候，是没有数据传送或接收的。这是因为发送机内部的锁相环在数据成功解调之前会锁定在所需的载波频率上。
在设计这个无线发送和接收的模块中，发送端的能量消耗Ptx/rx决定着输出功率Pout，另外，发送端功率并不随着码率R的变化而变化。在2.4GHz的带宽频率下，生成载波频率的频率合成器控制着发送端的能量消耗。因此，第一方面，码率R并不能影响发送端的能量消耗；第二个方面，系统开始时间对每比特的平均能量Eb有着重大的影响，这是因为无线传感器网络试图用较小的数据包来进行通信。为了节省能量，可以在发送端空闲时候关掉发送端；但是，当再次打开发送端还会消耗一部分的能量。
2 鏈路可靠性对传输能量消耗的影响
链路层的任务之一就是制定物理层要接收数据包解码和长度。此外，链路层还负责数据传输的准确性。数据可靠性的等级（误码率）主要取决于应用场景和用户的需要。在许多无线传感器网络的应用中，比如：设备监测和战场坦克检测的应用，实际要求的数据都必须需要很低的误码率。
在无线传感器网络中，假设节点间的通信通过一个无选择性的、慢衰落的瑞利信道。假设节点间的传输用上面所描述的无线发射模块，无线电调制方案采用利用二进制频移键控。
因为单独的利用个功率放大器是非常消耗能量的。可以应用FEC来减小错误产生的概率。然而，一些附加的处理过程必须要消耗能量，这些由差错控制所引起的能量消耗用Edsp来表示，解码和编码的过程都考虑在内。
对于不同误码率和约束长度的误码率，对传输功率的影响是不同的。对于码率都为1/2的时候，要获得同样误比特率，所消耗的传输能量（传输功率）是随着码率的减小而增大的。而在不采用差错控制的时候，误比特率对传输能量消耗接近于线性。另外，该仿真结果还表现了对于不同的码率，误比特率对传输能量消耗的影响关系。
3 编码的能量模型
在无线传感器网络视频传输节点与节电的通信中，差错控制编码对能量消耗所带来的影响，有助于针对无线传感器网络提出合理的差错控制解决方案。另外，应考虑如何去调整发射功率，以及如何利用卷积码来获取一定的误码率。如果卷积码的Viterbi算法由微处理器来进行，那么，最好还是不用编码，因为在解码时所消耗的能量是巨大的，这不但会影响系统的性能，更为严重的是缩短系统的生命周期；另一方面，利用集成的译码芯片，则会大大地减少能量的消耗。因此，无线传感器网络通信可以采用此种的卷积码方案来进行差错控制。
结束语
随着通信技术的不断发展，无线传感器网络得到了迅速的发展，而在無线网络中确保数据传输的正确性非常重要，差错控制为无线通信线路中数据传输的正确性提供了一定的保障。
参考文献
[1] 姚武军.基于TinyOS2.X的无线传感器网络差错控制能效分析[J].武警工程大学学报，2015（2）：63-67.
[2] 姜腊林，商丽锋.无线Mesh网络组播差错控制协议性能分析[J].计算技术与自动化，2013，32（2）：64-67.
[关键词]无线网络视频；差错控制
中图分类号：TN919.8 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）08-0132-01
随着在微机电系统（MEMS）技术、无线通信和数字电子技术的进步和日益成熟，具有感知、计算和通信能力的微型传感器已经出现。由于“普适计算”（pervasive computing）思想的出现促使计算、通信和传感器等3项技术相结合，产生了无线传感器网络（wireless sensor networks，WSN）。该网络能适用于环境恶劣或人们无法到达的区域，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理，获得详尽而准确的信息，传送到需要这些信息的用户。因此，它在军事、医疗、空间探测、环境监测、抢险救灾、安全生产监控等领域都有广泛应用。
由于无线传感器网络在多个领域的应用，保证无线链路中数据传输的可靠性成为十分关键的问题。差错控制是通信网络中保证数据传输可靠性的必要机制，数字信号在传输过程中容易受到噪声干扰的影响，使信号码元波形变坏，在到达接收端会发生错误，因此，有必要对数据传输过程进行差错控制。此外，无线传感器网络可应用的特殊环境，如，军事、医疗等领域对数据的正确性要求很严格，因此，应当进行误码率比较低的差错控制。
1 差错控制
无线传感器网络的传感器节点分布环境复杂、多样等原因，导致传感器节点寿命受能源的影响比较大，然而，有研究表明：无线传感器网络能量消耗主要消耗在数据传输过程中，因此，能量消耗是在设计差错控制方案时需考虑的一个重要因素。
1.1 差错控制引起的能量消耗
在设计任何的通信系统时，多数用户感兴趣的一个参数就是在发送端和接收端的链路可靠性。数据发送端的可靠性可以通过2种途径来实现：一种是增大输出功率Pout；另外一种对于数据传输采用前向差错控制（FEC）。利用FEC，对于一个固定的输出功率可以减小信息比特错误的概率Pb。然而，FEC会需要额外的处理能量，也就是在发送端和接收端的能量消耗。依靠所利用的前向纠错算法，这些数据处理过程所需要的额外能量消耗与输出功率的减少相比起来，显得微不足道。可以尝试去减小用于发送端到接收端之间数据传输所带来的能量损耗。这些传输所需要的能量可以分为输出功率的损耗和差错控制编码处理过程的损耗。
在2个节点之间进行通信的时候，能量的消耗发生在2个地方，一是信息数据的传输（输出功率），另外一个是数据帧和差错控制的处理过程。因此，可以定义通信能量等于传输数据所消耗的能量与差错控制解码和编码所消耗的能量之和。
1.2 能量消耗模型
差错控制的解码和编码可以通过不同的平台来执行。在最初的系统中，编码过程通过微处理器用C语言编程来实现。为了给数据解码和编码过程的能量消耗建立模型，所消耗的能量可以直接测量。
在这个无线电收发模型中，当发生数据通信的传输时，必有一个功率放大器。此外，在系统启动的时候，是没有数据传送或接收的。这是因为发送机内部的锁相环在数据成功解调之前会锁定在所需的载波频率上。
在设计这个无线发送和接收的模块中，发送端的能量消耗Ptx/rx决定着输出功率Pout，另外，发送端功率并不随着码率R的变化而变化。在2.4GHz的带宽频率下，生成载波频率的频率合成器控制着发送端的能量消耗。因此，第一方面，码率R并不能影响发送端的能量消耗；第二个方面，系统开始时间对每比特的平均能量Eb有着重大的影响，这是因为无线传感器网络试图用较小的数据包来进行通信。为了节省能量，可以在发送端空闲时候关掉发送端；但是，当再次打开发送端还会消耗一部分的能量。
2 鏈路可靠性对传输能量消耗的影响
链路层的任务之一就是制定物理层要接收数据包解码和长度。此外，链路层还负责数据传输的准确性。数据可靠性的等级（误码率）主要取决于应用场景和用户的需要。在许多无线传感器网络的应用中，比如：设备监测和战场坦克检测的应用，实际要求的数据都必须需要很低的误码率。
在无线传感器网络中，假设节点间的通信通过一个无选择性的、慢衰落的瑞利信道。假设节点间的传输用上面所描述的无线发射模块，无线电调制方案采用利用二进制频移键控。
因为单独的利用个功率放大器是非常消耗能量的。可以应用FEC来减小错误产生的概率。然而，一些附加的处理过程必须要消耗能量，这些由差错控制所引起的能量消耗用Edsp来表示，解码和编码的过程都考虑在内。
对于不同误码率和约束长度的误码率，对传输功率的影响是不同的。对于码率都为1/2的时候，要获得同样误比特率，所消耗的传输能量（传输功率）是随着码率的减小而增大的。而在不采用差错控制的时候，误比特率对传输能量消耗接近于线性。另外，该仿真结果还表现了对于不同的码率，误比特率对传输能量消耗的影响关系。
3 编码的能量模型
在无线传感器网络视频传输节点与节电的通信中，差错控制编码对能量消耗所带来的影响，有助于针对无线传感器网络提出合理的差错控制解决方案。另外，应考虑如何去调整发射功率，以及如何利用卷积码来获取一定的误码率。如果卷积码的Viterbi算法由微处理器来进行，那么，最好还是不用编码，因为在解码时所消耗的能量是巨大的，这不但会影响系统的性能，更为严重的是缩短系统的生命周期；另一方面，利用集成的译码芯片，则会大大地减少能量的消耗。因此，无线传感器网络通信可以采用此种的卷积码方案来进行差错控制。
结束语
随着通信技术的不断发展，无线传感器网络得到了迅速的发展，而在無线网络中确保数据传输的正确性非常重要，差错控制为无线通信线路中数据传输的正确性提供了一定的保障。
参考文献
[1] 姚武军.基于TinyOS2.X的无线传感器网络差错控制能效分析[J].武警工程大学学报，2015（2）：63-67.
[2] 姜腊林，商丽锋.无线Mesh网络组播差错控制协议性能分析[J].计算技术与自动化，2013，32（2）：64-67.