基于jcnc的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WirelessSensorNetworks,WSNs)，具體地說，是涉 及到一種基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)脫胎于傳感器技術(shù)，可以部署在不適于人類生存的環(huán)境進(jìn)行監(jiān) 測，借助無線通信的便利性，使人們足不出戶便可及時(shí)的獲取傳感數(shù)據(jù)。由于傳感器節(jié)點(diǎn)體 積小、成本低，即使在惡劣環(huán)境下也能正常工作，因而獲得了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通、軍事等領(lǐng)域 的廣泛重視和應(yīng)用。
[0003] 傳感器節(jié)點(diǎn)首先會(huì)對傳輸路徑進(jìn)行規(guī)劃，并隨著部分節(jié)點(diǎn)的失效而動(dòng)態(tài)更新。傳 感器節(jié)點(diǎn)通過自身安裝的傳感器采集監(jiān)測周圍的環(huán)境數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存下來，然后經(jīng)初步處理后 將數(shù)據(jù)發(fā)送到下一跳節(jié)點(diǎn)，直到數(shù)據(jù)最終抵達(dá)匯聚節(jié)點(diǎn)。匯聚節(jié)點(diǎn)通過公共通信網(wǎng)絡(luò)與終 端用戶相連，用戶可通過匯聚節(jié)點(diǎn)查詢歷史數(shù)據(jù)。
[0004] 由于成本和體積的限制，傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊往往不夠強(qiáng)大，通信距離和 可靠性都較差，而且節(jié)點(diǎn)也只能由小型電池供電，能耗問題十分關(guān)鍵。因此，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)路 由協(xié)議不適合直接應(yīng)用在WSN當(dāng)中，而是應(yīng)該針對可靠性和能耗進(jìn)行優(yōu)化，并盡可能的簡 單高效。
[0005] 傳統(tǒng)的JCNC算法，其網(wǎng)絡(luò)編碼包的數(shù)目是固定不變的，其可靠性隨信道條件的變 化而改變，無法自適應(yīng)的調(diào)整。實(shí)際上，當(dāng)信道條件較好時(shí)，通過較少的網(wǎng)絡(luò)編碼包就能達(dá) 到通信的誤比特率要求；而信道條件較差時(shí)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)增加網(wǎng)絡(luò)編碼包以達(dá)到誤比特率要 求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明公開了一種基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法，在保 證通信誤比特率要求的基礎(chǔ)上，盡可能的降低能耗。為了達(dá)到以上目的，本發(fā)明采用的技術(shù) 方案如下：
[0007] -種基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法，通過從目的節(jié)點(diǎn)D 反饋回來的聯(lián)合譯碼誤碼率信息，對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼包個(gè)數(shù)M進(jìn)行動(dòng)態(tài)搜索調(diào)整， 使其滿足誤比特率要求且使通信的能耗最小。具體地，通過目的節(jié)點(diǎn)D根據(jù)譯碼結(jié)果 估計(jì)誤比特率，并將發(fā)送回簇；簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋的誤比特率 ,通過搜索階段動(dòng)態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)編碼包的數(shù)目《 :如果反饋的誤比特率較大， 則將網(wǎng)絡(luò)編碼包數(shù)目M提高；反之則減少網(wǎng)絡(luò)編碼包數(shù)目M，從而在滿足誤比特率要求的基 礎(chǔ)上降低能耗。
[0008] 所述搜索階段具體步驟如下：
[0009]S11.初始化low= 0,high=N。-1，設(shè)置M的搜索區(qū)間為[low,high];
[0010]S12.將M設(shè)為搜索區(qū)間的中間值，即
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法，其特征在于，通過從目 的節(jié)點(diǎn)D反饋回來的聯(lián)合譯碼誤碼率信息，對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼包個(gè)數(shù)M進(jìn)行動(dòng)態(tài)搜索 調(diào)整，使其滿足誤比特率要求且使通信的能耗最小，具體步驟如下：
511. 初始化low= 0,high=N。- 1，設(shè)置M的搜索區(qū)間為[low,high];
512. 將M設(shè)為搜索區(qū)間的中間值，丨
其中符號表示向下取 整；
513. 簇內(nèi)N。個(gè)源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低密度奇偶校驗(yàn)碼（LDPC,LowDensityParity-Check Code)的編碼和數(shù)據(jù)廣播后，選取M個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編碼發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)D;
514. 目的節(jié)點(diǎn)D將接收到的全部數(shù)據(jù)包進(jìn)行聯(lián)合譯碼，并根據(jù)譯碼結(jié)果估計(jì)誤比特率 ，目的節(jié)點(diǎn)D隨后將發(fā)送回簇內(nèi)；
515. 簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)根據(jù)反饋的誤比特率情況調(diào)整網(wǎng)絡(luò)編碼的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)M，如果 彡BER(,，說明此時(shí)誤比特率達(dá)到通信的最低要求，則可以減小M，執(zhí)行high =M，反之，說明誤比特率未能達(dá)到通信要求，必須增大M，執(zhí)行l(wèi)ow=M+1 ;
516. 判斷l(xiāng)ow是否大于等于high，若否返回步驟S12,若是則執(zhí)行S17 ;
517. 結(jié)束程序。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法，其特 征在于，所述誤比特率/丨根據(jù)LDPC信道譯碼時(shí)不滿足校驗(yàn)方程的個(gè)數(shù)來估計(jì)； 此處，定義誤比特率估值為：
其中：校驗(yàn)方程CHT= 0,C為LDPC碼的碼字，H為LDPC碼的校驗(yàn)矩陣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法， 其特征在于，對搜索調(diào)整獲得的網(wǎng)絡(luò)編碼數(shù)目M再進(jìn)行微調(diào)處理，所述微調(diào)處理具體為：
530. 設(shè)置M=M。，其中凡為搜索階段獲得的關(guān)于M的值作為初始值；
531. 初始化發(fā)送數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)total= 0,初始化錯(cuò)誤記錄數(shù)為error= 0 ; S32?每發(fā)送一次數(shù)據(jù)則total=total+1 ;
533. 簇內(nèi)隊(duì)個(gè)源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號編碼和數(shù)據(jù)廣播后，選取M個(gè)網(wǎng)絡(luò)編碼節(jié)點(diǎn)聯(lián)合編碼， 發(fā)送數(shù)據(jù)到目的節(jié)點(diǎn)D;
534. 目的節(jié)點(diǎn)D將接收到的全部數(shù)據(jù)包進(jìn)行聯(lián)合譯碼，并根據(jù)譯碼結(jié)果估計(jì)誤比特率 5士用^。,)，目的節(jié)點(diǎn)D隨后將發(fā)送回簇內(nèi)；
535. 簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)接收反饋的誤比特率情況并判斷是否小于 BER。，若是，則執(zhí)行S36,若否則執(zhí)行crror=crror+狀/HM),:然后執(zhí)行S36 ;
536. 判斷total是否大于total。，若是，則執(zhí)行S37,若否則執(zhí)行S39 ; error
537. 判斷是否大于BE&，若是則執(zhí)行M=M+l，返回S31，若否則執(zhí)行S38 ; error
538. 判斷^是否小于BE&/2,若是則執(zhí)行M=M-1，返回S31，若否則執(zhí)行S39 ;
539. 判斷數(shù)據(jù)是否已經(jīng)全部發(fā)送，若是則結(jié)束程序，若否則返回S32。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任意一個(gè)所述的基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗 優(yōu)化方法，其特征在于，所述系統(tǒng)總能耗與網(wǎng)絡(luò)編碼包數(shù)量M的關(guān)系是Eall (N，M) =N(EMrc+ EtMn+Elisten)+M(EXQK+Etran)，其中N為節(jié)點(diǎn)數(shù)，￡11^是每個(gè)節(jié)點(diǎn)的處理器對長度為L的數(shù)據(jù)包 進(jìn)行LDPC編碼需要的消耗能量，Etran是每個(gè)節(jié)點(diǎn)將編碼后的數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)所需能 量，Elistm是每個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)聽其他N-1個(gè)節(jié)點(diǎn)廣播的數(shù)據(jù)包所需能量，M是網(wǎng)絡(luò)編碼包的數(shù)量， E胃是每個(gè)節(jié)點(diǎn)將N個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行復(fù)雜度為0(n)的XOR網(wǎng)絡(luò)編碼所需的能量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于JCNC的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)動(dòng)態(tài)能耗優(yōu)化方法，通過從目的節(jié)點(diǎn)D反饋回來的聯(lián)合譯碼誤碼率信息，對簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)編碼包個(gè)數(shù)M進(jìn)行動(dòng)態(tài)搜索調(diào)整，使其滿足誤比特率要求且使通信的能耗最??；本發(fā)明能夠保證通信誤比特率要求的基礎(chǔ)上，盡可能地降低能耗。
【IPC分類】H04W84-18, H04W52-02
【公開號】CN104618993
【申請?zhí)枴緾N201410837766
【發(fā)明人】劉星成, 熊南迪
【申請人】中山大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2014年12月29日