基于网络编码的无线体域网容错性研究

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无线体域网是近年来新兴的具有广阔发展前景的技术,其将会对我们未来生活的各个方面产生巨大的影响。比如基于无线体域网的健康监控系统,它不仅能够让长期住院的病人离院治疗,还能够有效减少医疗所需劳动力和医疗的基础设施建设成本。但是在无线体域网中,由于传感器易随身体移动、能量有限、发送功率低,导致信号在传输过程中受到环境影响较大,极易造成误包甚至丢包,所以无线体域网需要有较强的容错性。为了提高无线体域网的容错性,本文提出了基于网络编码的无线体域网纠错机制。本文的主要工作和创新可以概括如下:(1)无线体域网不仅可以对人体的生理信号进行监测,还可以对人体的姿态进行监控。网络的容错性能对姿态监控的准确性产生巨大的影响,因此在姿态监控的体域网中需要较强的容错性能。网络编码可以作为一种非常有效的错误恢复机制,在非常低的运算和硬件成本下可以大大提高无线体域网的可靠性。在姿态监控的无线体域网中,主要使用加速度传感器来采集数据。所以本文根据加速度传感器的特点,首先提出在源节点对数据进行网络编码,以及相应的数据传输方式和编解码策略,并通过仿真实验得出采用在源节点进行网络编码的纠错方式,网络的纠错能力比单纯发送两次原始数据包的方式提高了83%左右,而且解码较为快捷。其次提出了在中继节点进行网络编码的纠错方式,以及相应的数据传输策略和编码方式,仿真实验得出,该种方式的网络纠错能力比单纯发送两次原始数据的方式提高了90%左右,比Marinkovic提出的编码方式提高3%左右。即使在单个中继出现失效的情况下,采用在中继节点进行编码网络的纠错方式的纠错能力依然比未编码网络高83%左右。(2)通过研究发现,现有的针对无线体域网的错误恢复机制大多数无法满足服务质量的要求。另外,在非常紧急的情况下,比如对心脏病发作的监测,现有的网络编码错误恢复机制无法自适应的满足用户和应用需求。因此,为了支持服务质量的要求,本文提出一种根据数据优先级进行网络编码的无线体域网错误恢复机制。这种基于网络编码的错误恢复机制首先会根据实际需要将数据实时的划分优先级,然后中继节点根据数据优先级制定自适应的编码策略,来自适应网络信道和用户的服务质量需求。仿真实验显示,本文提出的基于网络编码的无线体域网自适应错误恢复机制在当误包率达到42%时,仍能保证优先级较高数据丢包率控制在1%以下,并且网络的整体纠错能力较以往的编码策略提高50%左右,进而能有效的减少数据重传和能量消耗。
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