無線傳感器網絡中的網絡-信道編碼研究.pdf

1、分布式編碼是針對協(xié)作通信網絡提出的一種有效的信道編碼策略，可以改善協(xié)作通信網絡中的傳輸可靠性。網絡編碼可以提高網絡容量，在網絡編碼方案中，中繼節(jié)點對從多個信源節(jié)點接收的數據包進行編碼，并發(fā)送編碼后的數據包。中繼節(jié)點通過編碼操作壓縮信息，以減少傳輸次數和帶寬消耗。目前在無線通信領域，針對無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks，WSNs），聯(lián)合設計分布式信道編碼和網絡編碼是一個研究熱點。無線傳感器網絡中網絡編碼的一

2、個重要實現(xiàn)是自適應網絡編碼協(xié)作(Adaptive Network Coded Cooperation，ANCC)，在該方案中，實時網絡拓撲被映射到一個圖形碼上。通過此方法，網絡編碼設計問題被簡化為圖碼設計問題。本文針對無線傳感器網絡中的分布式網絡編碼技術展開研究，重點針對分布式信道編碼和網絡編碼的聯(lián)合設計在無線通信系統(tǒng)中的應用進行深入分析和探討。論文的主要工作如下:
　　研究了有多個傳輸會話的無線傳感器網絡。在無線傳感器網絡中，多

3、組信源節(jié)點通過一個共同的無線中繼網絡與它們各自的目的節(jié)點通信。本文首先提出多個傳輸會話模型的網絡編碼分集復用(Network Code Division Multiplexing，NCDM)方案，消除了在每個目的端會話間的干擾。網絡編碼分集復用方案的基本思想是利用低密度生成矩陣碼(Low-Density Generator Matrix，LDGM)的特性，即將生成矩陣右乘其相應的校驗矩陣的轉置獲得一個全零陣。其次，基于對網絡編碼分集復用

4、方案的性能分析，觀察等效接收信號、會話個數以及生成矩陣列重之間的關系，并提出新的構造生成矩陣的設計準則。最后，通過吞吐量和復雜度評估在有多個傳輸會話的無線傳感器網絡中采用此網絡編碼分集復用方案的性能。評估結果證明本文提出的方案不僅具有線性的計算復雜度，而且與串行會話方案相比，具有相似的誤碼性能，并能顯著改善吞吐量。
　　研究了無線傳感器網絡中基于噴泉碼的分布式網絡編碼(Distributed NetworkCoding，DNC)方

5、案。無線傳感器網絡中，一組傳感器節(jié)點作為信源節(jié)點，通過其它稱為中繼節(jié)點的傳感器節(jié)點以多跳形式與一個目的端進行通信。在目的端，形成基于圖的噴泉碼。接收足夠個數的編碼包后，目的端開始譯碼。本文主要推導基于LT(Luby-Transform)碼的分布式網絡編碼方案在瑞利衰落信道上采用最大似然(Maximum-Likelihood，ML)譯碼的誤比特(Bit Error Rate，BER)性能下界。在LT碼誤比特性能界的基礎上，推導基于Rapt

6、or碼的誤比特性能上界和下界。數值和仿真結果表明當碼長隨著擴展系數增大而變長時，本文推導的性能上界和下界漸近逼緊。本文推導的性能界可以用于優(yōu)化噴泉碼(Fountain Codes)在瑞利衰落信道條件下的度分布設計。
　　提出了一個基于噴泉碼的不等差錯保護（Unequal Error Protection，UEP）分布式網絡編碼方案，為無線傳感器網絡中的信源節(jié)點提供任意的錯誤保護（即保護等級可連續(xù)變化）。推導出不等差錯保護分布式網絡