縮短BCH 編碼應(yīng)用于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的能效分析
1 引 言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/156047.htm凡是利用一定的物性(物理、化學(xué)、生物)法則、定理、定律、效應(yīng)等把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件,它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是:“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”,而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個組成部分,它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。 [全文]
網(wǎng)絡(luò)是由大量具有感知能力、計(jì)算能力和通信能力的傳感器
傳感器
凡是利用一定的物性(物理、化學(xué)、生物)法則、定理、定律、效應(yīng)等把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。傳感器是測量系統(tǒng)中的一種前置部件,它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測量的信號”。按照Gopel等的說法是:“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”,而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個組成部分,它是被測量信號輸入的第一道關(guān)口。
節(jié)點(diǎn)組成的面向任務(wù)的無線自組織網(wǎng)絡(luò), 它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù) 。在軍事、醫(yī)療、空間探測、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、安全生產(chǎn)監(jiān)控等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。
差錯控制是無線數(shù)據(jù)傳輸中保證傳輸可靠性的一個重要手段, 但差錯控制的額外能耗與傳感器節(jié)點(diǎn)的能量受限形成矛盾。因此, 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)差錯控制的研究重點(diǎn)之一是在數(shù)據(jù)可靠性和低能耗之間取得折衷。
2 相關(guān)工作
差錯控制的基本模式主要有兩種, 前向糾錯( FEC)和自動重發(fā)請求( ARQ )。前向糾錯協(xié)議的額外能耗主要來自譯碼過程和冗余信息的傳輸。而自動重發(fā)請求的能耗主要來自重傳過程。文獻(xiàn)定義能效為衡量差錯控制優(yōu)劣的指標(biāo), 探討了低能耗網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)包長度優(yōu)化問題, 并證明了自動重發(fā)請求不能提高能效。文獻(xiàn)證明了采用BCH 碼比卷積碼能獲得更大的能效提高。文獻(xiàn)證明了采用硬件而不是微處理器譯碼能有效地降低能效。文獻(xiàn)在研究差錯控制方案時考慮了物理層
物理層
物理層是TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)模型的第一層,它雖然處于最底層,卻是整個通信系統(tǒng)的基礎(chǔ), 正如高速公路和街道是汽車通行的基礎(chǔ)一樣。理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及 互連設(shè)備,為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。
和路由層因素的影響。在此基礎(chǔ)上, 提出利用BCH 碼的縮短形式對信息進(jìn)行編碼, 并對具有不同糾錯能力的BCH 碼的能效進(jìn)行了比較, 得出了特定情況下的最優(yōu)編碼方案。
3 縮短BCH 碼
BCH 碼是一類運(yùn)用廣泛的能糾正多個隨機(jī)錯誤的前向糾錯編碼, 其中, 能糾正單個隨機(jī)錯誤的碼即為漢明碼, 漢明碼譯碼簡單, 能耗可忽略。
BCH 碼由( n, k, t) 表示, n 為碼長, k 為信息長度, t為糾錯能力。BCH碼的碼長n = 2m- 1, 在實(shí)際應(yīng)用中, 需要對任意碼長的信息進(jìn)行編碼, 從( 2m -1, k )編碼中選出前s位為0的碼組構(gòu)成一種縮短形式的BCH 碼( 2m - 1- s, k- s), 監(jiān)督位數(shù)不變, 因此糾錯能力不變。根據(jù)應(yīng)用中的實(shí)際情況, 對整字節(jié)長度的信息位構(gòu)造縮短漢明碼。隨著信息位的長度增加, 其對應(yīng)的BCH 碼也在改變, 其對應(yīng)關(guān)系如表1所示。
表1 不同碼長的縮短BCH 碼對應(yīng)的BCH 碼
4 能效分析
4. 1 能效定義
能效定義是在文獻(xiàn)中提出的, 這個定義綜合了差錯控制協(xié)議對于能量吞吐率和誤包率的影響:
其中ηe 代表能量吞吐率, 為傳輸過程中消耗的有效能量E effe與總能量Etota l之比, 有效能量是指用來傳輸有用信息的能量, P 為誤包率。
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