無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的壓縮網(wǎng)絡(luò)編碼研究.pdf

1、多種形式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)與生活在中扮演著重要的角色，而感知數(shù)據(jù)的傳輸和處理策略則對感知系統(tǒng)的性能優(yōu)劣有直接的影響，其可靠性與有效性決定了感知系統(tǒng)的應(yīng)用價值與前景。現(xiàn)有的兩種處理與傳輸策略（基于特定路由的多跳存儲轉(zhuǎn)發(fā)、基于網(wǎng)絡(luò)編碼的數(shù)據(jù)傳輸與處理）都在不同程度上存在缺陷，尤其是網(wǎng)絡(luò)編碼方案中解碼端的“全有或全無”（All-or-Nothing）問題，嚴(yán)重影響了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。本文將網(wǎng)絡(luò)編碼（NC，Network Co

2、ding）與壓縮感知（CS，Compressed Sensing）相結(jié)合，提出一種“壓縮網(wǎng)絡(luò)編碼”方案，解決了“全有或全無”問題。
　　本文介紹了文章中采用的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSN，Wireless Sensor Networks）的結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)傳輸形式，基于可靠性的考慮，選擇采用分布式控制結(jié)構(gòu)與泛洪路由技術(shù)?？紤]到隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼（RLNC，Random Linear Network Coding）方案中的編碼操作與壓縮感知中隨機

3、投影操作之間的相似性，分析了隨機線性網(wǎng)絡(luò)編碼的工作原理，包括：中間節(jié)點對數(shù)據(jù)的處理、本地編碼向量以及全局編碼向量矩陣的形成。介紹了壓縮感知的基本理論，并以正交匹配追蹤算法（Orthogonal Matching Pursuit，OMP）為例討論了目的節(jié)點對感知數(shù)據(jù)的重建問題。
　　在上述基礎(chǔ)上，本文的主要工作是提出了一種應(yīng)用于 WSN中的新型數(shù)據(jù)傳輸方案——壓縮網(wǎng)絡(luò)編碼（CNC，Compressed Network Coding）

4、?？紤]到傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點測量值之間的相關(guān)性， CNC方案將CS引入到RLNC中，通過對測量值數(shù)據(jù)包以及局部編碼向量的設(shè)計，來解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)編碼方案中譯碼端存在的“全有或全無”問題。分析表明，在匯聚節(jié)點收集到的數(shù)據(jù)包個數(shù)小于網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點個數(shù)的情況下，CNC方案仍能以高概率精確重構(gòu)感知數(shù)據(jù)。仿真結(jié)果表明，在合理的誤差容許范圍內(nèi)重構(gòu)測量值，所需的數(shù)據(jù)包個數(shù)明顯少于傳統(tǒng)NC方案所需個數(shù)；與傳統(tǒng)NC技術(shù)相比，CNC方案將數(shù)據(jù)采集效率提升了40％以上