无线传感器网络信道编码技术研究

无线传感器网络信道容易受到干扰, 需要进行误码率比较低的差错控制.在研究了无线传感器网络中差错控制机制与能量消耗的关系的基础上,利用差错控制的能量模型,分析了LDPC码和BCH码的能量效率,最后证明利用LDPC码进行差错控制能有效节省传感器网络的能量消耗.     

无线传感器网络差错控制技术的研究

本文针对无线传感器网络能量有限的特点,在对自动请求重传和前向纠错差错控制技术进行分析的基础上,提出在无线传感器网络中使用BCH码/双向斜行列校验码混合差错控制方法.该方法结合了自动请求重传和前向纠错两种差错控制技术的优点,在信息传输无误码的情况下,只调用双向斜行列校验码校验,避免了复杂的BCH译码,节省传感器节点的处理模块能量消耗;在信道出现误码时,使用BCH译码纠正错码,避免信息的重传,节省了传感器节点的通信模块能量消耗,保证无线传感器网络数据传输的可靠性.     

基于EWMA的无线传感器网络路由度量性研究

选择有效的路由量度方法对于提高无线传感器网络的路由性能而言至关重要.本文首先通过实验研究,发现了无线传感器网络的通信链路存在着高丢失率、非对称性等特点,并分析了LQI、RSSI与收包率关系;由此提出了基于EWMA的LETX路由度量算法.最后,将此度量算法应用于AODV协议中,仿真结果表明本文提出的LETX路由量度方法是一种保证可靠性的前提下节省网络能量的量度方法,能够为无线传感器网络高效路由协议的设计提供有价值的参考.     

带选择适应性的水下传感器网络分布式路由算法

针对水下传感器网络能量消耗大、延迟时间长、信道利用率低等问题,提出了一种带选择适应性的水下传感器网络分布式路由算法(AS-UWSN).AS-UWSN使数据包成为一种具有以最大阈值为能耗界限的选择性和具有以最大信息素浓度为搜索对象的适应性的蚁群,以当前链路的能量损耗、网络延迟、误包率作为信息素的产生因子,每次迭代时蚁群都会直接搜索最优的节点转发路径,迭代次数少且具有更好的实时性和灵活性.实验仿真结果表明,在水下无线传感器网络的能量优化以及延迟时间控制、信道利用率提升上采用AS-UWSN算法得到了较好的效果.     

无线传感器网络中的一种多位纠错算法

基于无线传感器网络能量有限的特点,提出了一种判决与校验相结合的算法,利用BCH码和CRC码实现多位纠错功能,在纠正错误时,一位错误和多位错误分开纠错.对纠错算法的能耗进行了分析,并与ARQ方案和BCH纠错方案的能耗进行了对比.仿真结果表明:该多位纠错方法有效地改善了误码率和帧错误率,当误码率大于1.3E-3时,这种算法有较高的能量利用率.     

面向WSN的单一和多编码方案分析

研究不同速率BCH码情况下提高无线传感器网络吞吐量的方法,给出单一编码方案对网络性能的影响及网络主节点(NM)对网络寿命和吞吐量的影响。仿真结果表明,在传感器和网络主节点(NM)之间、NM和sink之间采用不同速率/编码时,网络吞吐量随BCH编码率的增加而增加,多编码方案能更高效地提高网络吞吐量。     

基于H∞滤波能量预测中继选择协作传输技术*

研究了一种适用于分布式移动无线传感器网络数据传输基于能量预测的协作通信技术。针对无线传感器网络,协作数据传输技术难以有效解决无线网络动态拓扑结构、带宽和能量受限等问题,建立了一种基于H∞滤波器相邻节点剩余能量预测的分布式中继选择机制,并在此基础上建立数据协作传输技术。该技术充分利用无线信道的广播特性,首先根据H∞滤波器预测节点剩余能量,然后根据剩余能量值选择最大者作为协作节点,最后根据无线信道质量在放大重传和解码重传机制之间进行自适应调整。数学分析表明,H∞滤波器可以准确地预测节点的剩余能量,同时该协作传输技术能够显著提高无线传感器网络的资源利用率和系统吞吐率,有效延长网络寿命。     

Research of cooperative transmission technology based on H ∞ filter energy prediction

研究了一种适用于分布式移动无线传感器网络数据传输基于能量预测的协作通信技术.针对无线传感器网络,协作数据传输技术难以有效解决无线网络动态拓扑结构、带宽和能量受限等问题,建立了一种基于H∞滤波器相邻节点剩余能量预测的分布式中继选择机制,并在此基础上建立数据协作传输技术.该技术充分利用无线信道的广播特性,首先根据H∞滤波器预测节点剩余能量,然后根据剩余能量值选择最大者作为协作节点,最后根据无线信道质量在放大重传和解码重传机制之间进行自适应调整.数学分析表明,H∞滤波器可以准确地预测节点的剩余能量,同时该协作传输技术能够显著提高无线传感器网络的资源利用率和系统吞吐率,有效延长网络寿命.     

能量捕获无线传感器网络中高可靠数据收集策略

能量捕获无线传感器网络(EH-WSN)具有从环境中捕获能量的能力,可以无限期持续工作,因此具有非常广泛的应用前景。目前已有的大多数EH-WSN路由方案往往侧重于如何提高能效性,而可靠性作为EH-WSN中的重要性能指标却很少被考虑到。文中利用能量捕获网络特性,对节点的链路成功收包率和节点重传次数期望进行推导,建模网络可靠性最大化问题,基于能量捕获速率、链路质量、节点间距离,提出了一种生成高可靠性数据收集树的方案。实验结果表明,相比于其他数据收集方案,该路由方案能显著提高网络可靠性。     

一种基于信道盲估计的簇内协同节点的选择方法

针对能量受限的无线传感器网络,提出一种能耗较低的簇内协作节点的选择方案.该方案先根据预设的能量阈值确定可选的协同节点集,再采用一种数据量要求小的盲信道估计算法,分别估计出这些可选簇内协同节点与簇首节点间的信道信息.通过把盲无线信道估计问题先转化为一个无约束的优化问题,再采用二次规划迭代重加权方法解决该优化问题,有效地盲恢复出无线信道信息.该算法对数据量的要求小,能有效减少无线传感器网络的能耗,选择剩余能量大于阈值,信道增益最好的节点作为簇首节点的簇内协作节点.理论分析和数学建模仿真结果表明,在不增加运算量的前提下,借助很小的数据量,新方法能获得节点间的信道信息,而且有很好的抗干扰性.     

低编码复杂度不规则准循环LDPC码的构造方法

针对不规则低密度奇偶校验码（LDPC码）误码性能好,但编码复杂度高的问题,利用重复积累码（RA码）能有效编码的特性和掩模技术,提出了一种不规则LDPC码的构造方法,该码具有线性复杂度的编码算法。该构造方法,首先对RA码的校验矩阵进行了改进,消除了RA码常产生的错误平层效应;然后基于范德蒙矩阵构造了一种新的校验矩阵,该校验矩阵具有代数结构,易于硬件实现。理论分析和实验结果表明,构造的不规则LDPC码的编码复杂度低于Mackay随机码,在加性高斯白噪声（AWGN）信道条件下,误码率为1.0×10^-4时,比Mackay随机码性能提高约0.4~0.6 dB。     

基于最小覆盖集的WSN数据聚集算法

针对无线传感器网络(WSN)能量有限且网内聚集错误检测率较低的问题,提出一种基于最小覆盖集的WSN数据聚集算法。构造一颗以汇聚节点为根并包含最少中间转发节点的树,其中间转发节点为树的最小覆盖集。在中间转发节点中引入读向量的相似性判断,以去除网内冗余及错误数据。实验结果表明,该算法能减少网内通信能耗,提高收集数据的准确性。     

基于ABE-IBS的WSN签名加密方法

在分析基于属性加密体制的基础上,结合椭圆曲线上双线性对的基于身份的签名体制,提出一种基于属性的加密和基于身份的签名一体化方法以及一个无线传感器网络签密方案。通过实验证明该方案具有复杂性及存储要求低等特性,且能够提高无线传感器网络的安全性能。     

基于蚁群算法的WSN多路径负载均衡路由

为使无线传感器网络节点能量消耗相对均衡,在定向扩散路由算法的基础上,结合蚁群算法,提出一种多路径负载均衡路由算法。该算法利用蚁群的自适应和动态寻优能力,在源节点和目的节点之间搜索建立多条传输路径,并将节点剩余能量引入启发因子,均衡节点能量消耗。同时,运用层次分析法,赋予每条路径一定的负载分配比例,使数据总能在链路性能较优的多路径中均衡传输,延长整个网络的生命期。仿真结果表明,与定向扩散路由算法相比,该算法能够均衡节点能耗,有效延长网络寿命。     

BIAWGN信道中改进的LT码优化方法

在二进制输入加性高斯白噪声信道中传输LT码时,采用高斯近似方法预测置信传播译码算法的误比特率性能不够准确。为此,提出一种改进的高斯近似方法,其中,输入节点度分布采用泊松分布,相应的软信息为高斯混合物,在此基础上给出一种LT码度分布优化方法。仿真结果证明,该方法相比同类方法性能更优越。     

无线传感器网络对称密钥建立方案

传感器网络的固有特点要求密钥建立方案既要达到一定的安全性标准又要高效。基于密钥池的密钥预分配方案虽然比较适合无线传感器网络,但节点的安全链路连通率不高。基于双变量多项式的密钥预分配方案具有高连通率的特点,但安全性存在缺陷。为此,将基于多项式的密钥建立方案与基于密钥池的密钥建立方案相结合,提出一种新的密钥建立方案。分析和实验表明,该方案在安全性、安全链路连通性、可扩展性、有效性等方面和现有一些典型方案相比有较大的提高。     

单向信道的信息可靠传输机制研究

提出了两级FEC的机制来解决单向信道的信息可靠传输的问题。数据包级FEC（第一级）通过添加冗余数据包来恢复传输过程中数据包的丢失。比特级FEC（第二级）通过添加冗余比特来纠正数据在传输过程中比特差错。鉴于包头信息是数据包级FEC的关键,提出数据包包头FEC机制来尽量保证包头信息的正确。提出的方案能很好地恢复丢失的数据包,特别是连续数据包的丢失,能很好地纠正比特差错。     

基于接收端的WLAN误码丢包原因识别方法

现有基于发送端的误码丢包原因识别方法存在通信开销大、识别准确度不高等问题,通过理论分析发现当无线传输出现冲突丢包时,数据包在接收端的误差向量幅度(EVM)通常比弱信号丢包时大,从而验证了EVM对丢包原因的区分效果。在此基础上,提出一种基于接收端的无线局域网误码丢包原因识别方法。该方法在接收端直接读取接收信号强度及EVM值,使用贝叶斯分类方法进行冲突丢包和弱信号丢包的识别。实验结果表明,与COLLIE识别方法相比,该方法不产生任何额外的通信开销,具有较高的识别准确率、较低的误报率和漏报率。     

LTE系统ARQ重传资源重分配

针对长期演进（LTE）无线链路控制（RLC）层重传协议数据单元（PDU）只允许重分段不允许级联,当媒体接入控制（MAC）层复用模块向RLC层某个业务指示值大于RLC层重传PDU长度时将造成资源的浪费,提出了一种新的复用方案。新方案在获得封装该业务重传PDU需要的资源大小后,指示剩余资源分配给其他业务。这种剩余资源重分配机制中,优先考虑其他重传业务,其次考虑优先级最高的实时业务。对不同复用与调度方法进行仿真,仿真结果表明,新方案有效地提高了资源利用率,大大提高了高优先级的实时业务的吞吐量,明显降低了丢包率。     

基于扩频ALOHA的RFID防碰撞算法

在射频识别系统中,读写器作用范围内的多标签识别存在数据碰撞的问题。为此,在分析ALOHA算法的基础上,应用码分多址技术,提出一种基于Gold码扩频的ALOHA防碰撞算法,并进行算法的推导和仿真。该算法的吞吐量会随着标签数据帧发送延时的增大而减小,随着扩频码数量的增加而增大。当扩频码数量和负载相等时,系统吞吐量最小;当扩频码数量大于负载时,吞吐效率会随扩频码数量的增加而增大,系统吞吐效率高于时隙ALOHA。应用Simulink构建基于码分多址的多标签与阅读器通信系统,分别研究信噪比、上行速率和帧长对通信误码率的影响,实验结果表明,该算法可提高阅读器与标签之间的通信质量,在现实情况下误码率趋近于0。