无线传感器网络中基于分布式喷泉码的数据收集技术研究

摘要

无线传感器网络作为一种以数据为中心的分布自组织网络，传感数据的收集往往是其最主要的任务。而传感器网络的节点通常被部署在环境相对恶劣、条件受限制的环境中，如何保证数据收集的可靠性是一个值得研究的课题。
　　 现在编码技术在传感器网络中的应用越来越受到关注，改变了可靠数据收集协议设计的思路。喷泉码的编译码算法简单，并且具有无比率的特性，非常适合用作无线传感器网络的编码方案，同时其带来的系统容错性和较高的传输效率符合数据收集的应用需要，因此无线传感器网络中分布式喷泉码的研究实现与应用协议设计十分有意义并具备较高的实用价值，特别是LT码和Raptor码这两类成熟且应用广泛的喷泉码。
　　 虽然在无线传感器网络中引入喷泉码编码技术有许多明显的好处：更高的数据持久性与数据传输效率，但传感器网络的应用场景复杂而多样，往往需要针对特定的场景设计相应的应用协议。根据我们的研究与了解，现有的基于分布式喷泉码的传感器网络数据收集协议研究仍存在不少问题。
　　 本文针对几类不同场景中传感器网络的数据收集协议设计问题，主要做了如下的研究工作：
　　 (1)基于喷泉码的分布式应用协议Growth Codes，针对稀疏型网络中数据收集可靠性下降的问题，提出了应用于稀疏型网络的Regulative Growth Codes协议，采用随机定序的数据交换策略来提高数据持久性和数据收集效率，并针对稀疏型网络中数据流通性受限的问题，提出了节点自检测算法，减少不必要的数据交换，有效的降低了网络总的数据通信量。
　　 (2)基于最新的以数据包为中心的喷泉码分布式编码方法，提出了新颖的Raptor码分布式实现方案，有效避免了传统分布式实现中Raptor码预编码的额外开销，仿真实现了基于此方案的数据收集协议，并进行了性能评价。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 无线传感器网络概述

1.1.1 无线传感器网络的特点

1.1.2 无线传感器网络数据收集面临的挑战

1.2 无线传感器网络中的编码技术发展现状

1.3 喷泉码概述

1.3.1 喷泉码的提出

1.3.2 喷泉码的应用

1.4 选题动机和主要工作

1.5 论文概述

第二章 喷泉码实现原理及基于分布式喷泉码的数据收集技术研究现状

2.1 LT码实现原理

2.1.1 LT码编码原理

2.1.2 LT码的度分布

2.1.3 LT码译码算法

2.2 Raptor码实现原理

2.2.1 Raptor码预编码原理

2.2.2 弱LT码的度分布

2.3 无线传感器网络中基于分布式喷泉码的数据收集技术研究现状

2.3.1 实时收集场景

2.3.2 延时收集场景

2.4 本章小结

第三章 基于Growth Codes的稀疏型传感器网络数据收集协议

3.1 基于Growth Codes的后续工作概述

3.2 稀疏型网络中GC性能分析

3.3 稀疏型网络可靠数据收集协议-Regulative Growth Codes

3.3.1 RGC概述

3.3.2 RGC工作流程

3.3.3 节点自检测算法

3.3.4 随机定序交换策略

3.3.5 性能仿真

3.4 本章小结

第四章 基于分布式Raptor码的数据收集协议

4.1 现有的Raptor码分布式实现方案

4.2 基于分布式Raptor码的数据收集协议

4.2.1 以包为中心的编码方式

4.2.2 以包为中心的Raptor码分布式实现

4.2.3 数据收集协议设计

4.3 协议性能分析

4.3.1 随机漫步算法

4.3.2 编码步长

4.3.3 预编码策略

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

附录：