無線傳感器網(wǎng)絡(luò)基于數(shù)字噴泉碼的數(shù)據(jù)交換策略研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由分布在特定區(qū)域的零散節(jié)點(diǎn)組成，是一種典型的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。作為一種以數(shù)據(jù)為中心的分布式自組織網(wǎng)絡(luò)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的收集和存儲(chǔ)扮演著重要角色。由于無線傳感網(wǎng)絡(luò)部署方便且其功能強(qiáng)大，它常常用來部署在惡劣的環(huán)境中收集數(shù)據(jù)。再加上節(jié)點(diǎn)自身計(jì)算和存儲(chǔ)資源有限，因此其條件往往受限。因此，如何保證節(jié)點(diǎn)感知的數(shù)據(jù)的可靠性及其存儲(chǔ)的有效性，是一個(gè)非常值得研究的課題。
　　目前，以數(shù)字噴泉碼為中心的網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)在無線傳感器網(wǎng)

2、絡(luò)的數(shù)據(jù)收集及存儲(chǔ)方面的應(yīng)用非常廣泛。與傳統(tǒng)的編碼方案不同的是，它不是讓通信網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)只是單純的轉(zhuǎn)發(fā)上游節(jié)點(diǎn)交付的數(shù)據(jù)，而是在轉(zhuǎn)發(fā)之前將自己的數(shù)據(jù)有選擇性的編碼進(jìn)上游節(jié)點(diǎn)交付的數(shù)據(jù)，再將編碼后的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下游節(jié)點(diǎn)。這樣，接收端節(jié)點(diǎn)收到發(fā)送端發(fā)送過來的經(jīng)編碼過的數(shù)據(jù)，即可根據(jù)發(fā)送端和接收端預(yù)定的編碼解碼方案，將收到的編碼數(shù)據(jù)包解碼出來。但是，由于發(fā)送端的數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后發(fā)往接收端，接收端需接收到一定數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)包后才能將發(fā)送端發(fā)送的原始

3、數(shù)據(jù)包完全解碼。在接收端將數(shù)據(jù)完全解碼之前，主要有兩類問題出現(xiàn)：
　　1.數(shù)據(jù)包解碼的陡壁效應(yīng)。接收端在開始時(shí)只收到少量編碼數(shù)據(jù)包，無法將其解碼，這樣便浪費(fèi)大量編碼初期時(shí)間。在編碼后期接收端收到足夠數(shù)量的編碼數(shù)據(jù)包后，接收端突然將所有數(shù)據(jù)包解碼，網(wǎng)絡(luò)突然需傳送大量數(shù)據(jù)，這很可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。
　　2.網(wǎng)絡(luò)編碼要求網(wǎng)絡(luò)中編碼數(shù)據(jù)包的度按一定的度分布函數(shù)均勻分布，這樣才可能達(dá)到最佳性能?，F(xiàn)有的大多數(shù)以節(jié)點(diǎn)為中心的編碼方案不能滿足

4、編碼數(shù)據(jù)包的度均勻分布的要求。
　　針對以上問題，本文采用網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)中編碼復(fù)雜度較低且效率高的數(shù)字噴泉碼，圍繞基于數(shù)字噴泉碼的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)交換策略進(jìn)行研究，主要貢獻(xiàn)如下：
　　1.提出了一種改進(jìn)的以數(shù)據(jù)包為中心的編碼方案，使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)中感知的數(shù)據(jù)包以編碼的方式均勻的分布在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，并通過仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析該編碼方案的性能。
　　2.數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中隨機(jī)漫步時(shí)需根據(jù)一定的概率轉(zhuǎn)移矩陣進(jìn)行，差的隨機(jī)漫步算法會(huì)使得數(shù)據(jù)包重復(fù)訪問

5、已訪問節(jié)點(diǎn)，浪費(fèi)大量的時(shí)間和能量。本文提出了一種新型的隨機(jī)漫步算法，同時(shí)通過仿真實(shí)驗(yàn)分析該算法性能。
　　3.提出了一種基于優(yōu)先級的數(shù)據(jù)導(dǎo)向交換策略，并將該策略應(yīng)用于本文提出的改進(jìn)的以數(shù)據(jù)包為中心的編碼方案，使得編碼后的數(shù)據(jù)更能夠快速收集和解碼。
　　針對網(wǎng)絡(luò)中編碼數(shù)據(jù)包的度均勻分布的問題，本文提出了一種改進(jìn)的以數(shù)據(jù)包為中心的編碼方案和一種新型的隨機(jī)漫步算法，使得編碼數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)度分布函數(shù)以及網(wǎng)絡(luò)不同區(qū)域的稠密程度均勻