面向感知任务的无线传感器网络可靠性分析

摘要

迅速发展的无线通信技术和传感器技术使得无线传感器网络拥有广阔的应用前景。然而，无线传感器网络的节点能量受限不易补充，且无线信道易于遭受信号干扰使得链路质量变差，因此如何保证网络节点能量的有效利用以及数据的可靠传输是无线传感器网络研究的重要问题。多路径路由通过增加传输路径条数，减弱了链路质量对数据包沿单条路径传输带来的影响，提升了网络传输数据的可靠性。对网络编码技术而言，一方面，通过增加传输数据包的数目，可以提高网络的数据传输可靠性；另一方面，通过减少因包丢失或错误导致的重传，能够降低网络的能耗。因此,为了保证数据的可靠传输和能量的有效利用，本文基于无线传感器网络的特点，结合多路径路由和网络编码技术，研究了无线传感器网络的传输可靠性提高策略问题，具体内容如下:
　　研究了基于多路径网络编码的传输可靠性提高策略。首先，建立从源节点到汇聚节点的缠绕多路径传输模型，在源节点对数据包进行编码后沿多路径传输，分析簇首节点和普通节点产生的总能耗，以此计算传统多路径传输方法的标准化能耗值。其次，通过在中间簇首节点进行选择性编码，采用增加冗余包传输数目的数据传输策略，以此提高网络的传输可靠性。进而，利用全概率和条件概率知识分析数据包的成功传输率，依据成功传输率和标准化能耗评估网络的传输性能。在可靠性和标准化能耗以及路径条数对网络性能的影响方面，对所提策略和传统传输策略进行仿真对比。结果表明，多路径网络编码的可靠性提高策略不仅可以保证网络的传输可靠性，而且可以降低网络能耗。
　　提出了基于不相交多路径和网络编码的数据传输模型。首先，在源节点所属的簇首节点到汇聚节点之间建立不相交多路径模型，并按照备用多路径方式传输数据包。其次，计算簇首节点成功感知事件的概率。再次，分析传输过程中发送和传输数据包的总次数，以此计算网络标准化冗余度，衡量网络能耗水平。提出将网络编码技术与备用多路径路由结合，增加传输数据包数目，保证了数据的可靠传输。最后，利用k-out-of-n贮备系统建模分析网络的传输可靠性。仿真表明，基于不相交多路径和网络编码的传输方法在保证网络传输可靠性的同时可以实现能量的有效利用。

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第一章 绪论

1.1 无线传感器网络概述

1.2 无线传感器网络的可靠性分析研究现状

1.3 本文工作

第二章 预备知识

2.1 多路径路由

2.2 网络编码

2.3 k-out-of-n表决系统

第三章 多路径网络编码的传输可靠性提高策略

3.1 多路径模型

3.2 缠绕多路径模型的建立

3.3 多路径传输模型性能分析

3.4 仿真分析

3.5 本章小结

第四章 基于网络编码备用多路径模型的可靠性分析

4.1 问题描述

4.2 传输可靠性分析与计算

4.3 能耗分析

4.4 实验仿真

4.5 本章小结

第五章 结论和展望

5.1 研究工作总结

5.2 下一步工作

参考文献

致谢

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