无线传感器网络中数据传输与编码的研究

论文摘要

安全可靠的数据传输和快速有效的数据恢复是目前无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSN)所面临的最大挑战。作为无线传感器网络应用的关键技术,无线传感器网络中的编码越来越受到人们的关注。Growth码作为一种新型的编码方法,能确保最大程度地恢复无线传感器网络中的原始数据,而选择恰当LDPC码的度分布,又能保证数据得到迅速恢复。本文在无线传感器网络中现有编码理论基础上,研究了适合应用于无线传感器网络的编码—Growth码,探讨了无线传感器网络中数据传输的机制,讨论了基于不同度分布的LDPC码译码性能。本文的主要研究工作概括为:1.概述了现有的无线传感器网络协议,对已有的几种经典网络协议做出简单分析。综述了无线传感器网络中编码方法的发展状况,指出一些编码方法并不适合运用于无线传感器网络。研究了Growth码,并对其译码器进行了改进。2.深入理解了应用于无线传感器网络的操作系统TinyOS及其使用的语言nesC,完成了在仿真平台TOSSIM下无线传感器网络中数据传输的仿真。对TinyOS与其它的操作系统进行了性能比较。3.简要阐述了LDPC码基于图模型的编译码思想,系统分析了影响LDPC码译码性能的主要因素—二部图的度分布序列。给出了基于不同度分布的LDPC码仿真译码性能图和迭代次数译码图。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 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 传感器网络的发展历程
• 1.2 无线传感器网络协议的发展
• 1.2.1 网络层协议
• 1.2.2 数据链路层协议
• 1.3 无线传感器网络中编码的现状和发展
• 1.4 本文主要研究内容内容及其安排
• 第二章 无线传感器网络中的数据传输
• 2.1 无线传感器节点的软件设计思想
• 2.1.1 底层程序
• 2.1.2 上层程序
• 2.1.3 软件工作流程
• 2.2 操作系统TinyOS
• 2.2.1 主动消息通信模式
• 2.2.2 组件模型
• 2.2.3 进程调度
• 2.2.4 nesC语言
• 2.3 无线传感器网络中的拓扑控制
• 2.3.1 基于节点度的算法
• 2.3.2 基于邻近图的算法
• 2.4 数据传输仿真实现
• 2.4.1 使用的接口与组件
• 2.4.2 通信机制
• 2.4.3 网络配置与噪声影响
• 2.4.4 MAC协议的实现
• 2.4.5 仿真结果
• 2.5 TinyOS与μC/OS-II的性能比较
• 2.5.1 调度策略
• 2.5.2 运行空间
• 2.5.3 其它方面
• 2.5.4 TinyOS的局限性与扩展
• 2.6 本章小结
• 第三章 Growth 编码
• 3.1 无线传感器网络中的编码—Growth码
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 传感器网络中数据的可持久性
• 3.2.2 网络描述和假设
• 3.3 数据可持久性的基本过程
• 3.3.1 几种编码的比较
• 3.3.2 Growth 码
• 3.4 Growth 码的编码/译码设计
• 3.4.1 受限制的译码器
• 3.4.2 改进的译码器
• 3.5 一种基于Growth 码新型度分布
• 3.6 本章小结
• 第四章 LDPC码的译码性能分析
• 4.1 LDPC码的定义及其描述
• 4.2 LDPC码的Tanner图表示
• 4.3 基于图模型的LDPC码编码
• 4.3.1 正则LDPC码的构造
• 4.3.2 非正则LDPC码的构造
• 4.4 基于图模型的LDPC码译码
• 4.4.1 LDPC码的迭代译码思想
• 4.4.2 BEC下LDPC码的译码算法描述
• 4.5 影响码性能的因素
• 4.5.1 度分布序列对对码的影响
• 4.5.2 错误平层
• 4.6 基于不同度分布的译码分析
• 4.7 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文