无线传感器网络中计算机网络编码技术的应用分析论文

  [摘要]近年来伴随着科学技术的迅猛发展,无线传感器的应用频率迅速增加,在一定程度上加快了我国国民经济的发展速度,但是与此同时,我们要认识到无线传感器应用过程中存在的不足,通过加快计算机编码技术应用的方式,整体提高无线传感器的应用水平与效果,更好地为社会发展所服务。笔者根据个人多年来相关行业的实际工作经验,先对无线传感器网络以及网络编码的研究现状进行简要论述,继而详述无线传感器网络中计算机网络编码技术的应用,希望能够有效提高无线传感器的功能及可靠性。

  [关键词]无线传感器;计算机网络编码;现状;应用

  中图分类号:TU323文献标识码:A文章编号:1009-914X(2017)45-0015-01

  前言

  现阶段,虽然无线传感器的应用频率非常高,但是我们也深受其可靠性差等问题的困扰,面对这一问题,科研人员开发了网络编码技术,能够在降低网络能量消耗的同时,提高网络吞度量,并增强网络安全性,因此在一定程度上推动了无线传感器网刚落的进一步发展。为了让该技术充分发挥作用,我们应加快推进编码技术的发展,下面我们进行详细论述。

  一、无线传感器网络及网络编码的发展现状

  无线传感器网络从上个世纪九十年代末期开始研发,起初由于人们投入不足的原因,并未取得显著的成果,直至21世纪,人们对无线传感器网络予以更多重视,加快了无线传感网络的研究、应用进度。在实际的应用过程中,无线传感器具有灵活性强、成本低等优势,在城市交通管理、国防科技、智能家居以及仓储管理等方面获得了广泛的应用,并且取得了显著的效果,例如我国建军90周年阅兵仪式上,大量先进技术装备的投产、应用就有无线传感器网络的功劳。通信技术的快速发展,带动了网络编码技术的日益成熟,在為有效应用网络编码技术前,我们都是通过一条通信链路来实现计算机网络中的通信,而在应用了网络编码技术后,我们就可以在信息的传输过程中根据自身需求进行处理,继而实现网络吞吐量的大幅度提高。从理论上讲,通过应用网络编码技术能够在网络吞吐过程中将将硬件设施的全部潜力发挥出来,此外网络编码技术的应用还能够改善信息传输过程中的负载平衡、减少信息传输延时,而且无线传感器网络的广播特性使得网络中同一节点汇聚的数据总量大幅度提高,给无线传感器网络提供了更多的编码机会。

  二、无线传感器网络中计算机网络编码技术的应用

  1.节点协同通信技术

  在无线网络中协同通信技术的重要性毋庸置疑,而且在操作过程中节点协同通信技术能够利用多个单天线点构成虚拟多天线阵列,能够极大帮助分集增益。由于该技术结合了中继通信以及MIMO系统,因此该技术在协同传输中的性能更加优越。在无线传感器网络中,由于存在点电路能耗以及传输能耗,因此按照协同MIMO理论,在一定距离后,会产生比直接传输更好地性能,但是会造成频谱效率下降,通过引入网络编码技术能够有效提高网络频谱效率及网络吞吐量。

  2.单向协同网络编码技术

  如果节点无法正确译码其中任意一个源节点信息,则表明系统程序已经存在中断问题,如果系统使用了单向协统计数,则可以获得与未使用网络编码技术相同的分集度,但是考虑到两个节点到目的节点的传输,我们需要每个节点都结合对应的中断节点来确定协同节点,从而协助每个节点到个目的地的节点。我们能够发现,在使用自己适应的译码进行转发时,如果协同点对其中一个节点译码不正确还能够通过转发另一个节点的信息,并不会造成频谱资源的严重浪费。

  3.双向协同网络编码技术

  在两个节点之间交换各自信息之后,就会有多个中继节点应用在协同中继上,网络编码进行信息传输时大多可以分为两个阶段,第一个阶段两个节点会将各自信息传递到中继节点上,第二个阶段时,中继节点会以协同的方式讲这些信息进行转发,空时组分码具有较强的操作性能,因此在无线传感器网络中广泛应用,甚至部分企业已经将其纳入到移动通信标准中。这种操作不仅简单而且作用性能强,随着技术的不断发展,该技术的未来发展前景异常广阔。

  4.节点之间的信息交换技术

  在无线传感器网络运行过程中,会有很多源之间的节点信息交换,例如在常见的分布式计算情况下,无论是拥塞控制的交换还是同步信息的交换都会要求信息节点将信息从无线中广播到网络节点中,这也被称作闲聊机制。这其中最为重要的就是多源节点信息交换技术,此外,该技术还能够在位置感知以及个别节点的信息交换上发挥重要作用。如果不使用网络编码技术,多源节点信息交换的过程就会变得异常复杂,而且大量的事实证明其还会消耗大量的时间,至少是使用无线网络编码技术的2倍以上,而在使用网络编码技术后,网络吞吐量至少增加50%,明显天提升了效率,因此对于无线网络来说,编码技术异常重要。

  5.分布式数据存储分析

  Internet中的数据流向与WSN中的数据流向截然相反,而且在Internet网络中绝大多数都是从终端网络上获取信息,而在WSN中的方法却不尽相同,WSN中的终端设备想网络提供有效信息,但是却存在一定的问题。特别是这些终端设备中大多使用微型化的传感器节点,因此容量有限,特别是野生动物跟踪、自然灾害管理、建筑监测、军事管理方面的应用过程中,会以数据为中心对数据存储性能提出更高的要求,通过网络编码技术的使用,能够为分布式数据存储带来新的发展契机,其未来必定会在性能方面有飞跃式的进步。

  三、计算机网络编码技术对无线传感器网络的积极影响

  现阶段我们衡量移动无线网络传输效率主要有两个标准,一个是单位时间内传输过程中的通过量,另一个是信息、数据传输过程中的能量利用率。现阶段,各国科研人员都已经将信息传输方向的研究重点放在提高网络吞吐量以及能量利用率的提升上面,从这些研究内容我们发现网络编码技术的重要性,其对无线传感器也产生了积极地影响,主要反映在下列三个方面,分别是:

  1.增加网络吞吐量

  通过网络编码技术能够充分发挥网络硬件设施的性能,而且网络编码技术还能够充分发挥传感器网络中数据的传输功能,进而实现网络吞吐量的提升。

  2.提高传输安全性与可靠性

  通过网络编码技术的使用,能够在信息、数据的传输过程中最大化的弱化、降低失效节点对信息传送能力的影响,继而实现无线传感器网络鲁棒性以及容错性的提高,而且由于数据都经过了编码,因此有效避免不法分子的窃取与监听,而且由于编码技术是将原始数据包进行线性组合,因此还避免了给网络增加负担,提高了整个网络的私密性和安全性。

  3.增加数据聚合效率

  无线传感器中含有大量的节点,因此在数据汇总过程中会产生巨大的数据流,因此说恰当的汇总方式对网络运行效率有着重要意义。在采用网络编码技术后,普通节点不再需要进行解码,而sink节点还能够以较高的概率进行数据包重组,因此说网络编码技术能够能够大幅度提高聚合效率。

  四、结论

  综上所述,当前社会电子科学技术的发展,我们急需打破传统网络的局限,进一步提升无线传感器网络的性能与优势,而通过网络编码技术的使用,进一步加速在数据传输、存储方面的发展,继而实现信息社会的健康发展。

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