[发明专利]一种面向数字航道的传感器网络可靠通信方法

说明书

技术领域    

本发明属于传感器网络，特别是一种面向数字航道的传感器网络可靠通信方法。

背景技术    

传感器节点之间的无线链路不稳定，误码率较高，因此需要设计有效的信道编码方法以提高通信可靠性。传感器网络中的信道编码已经产生很多研究成果。例如，Murugan等利用源数据相关性，提出一种协作的联合信源-信道编码方法。Wernersson等提出一种分布式的非线性信源-信道编码方法。Chen等提出一种分布式的Turbo码编码和解码方法。Kong等提出一种分布式的喷泉码，以保证数据分发的可靠性。Sugiura等提出一种分布式的无速率编码方法，其对应的误码性能和中心式的Raptor码接近而比分布式的LT码对应的误码性能更好。这些方法都没有考虑传感器网络所采集数据重要程度的差异性。实际上，传感器网络采集的数据有些是重要的，有些是不重要的。例如，在数字航道环境下，突然出现的目标所对应的观测数据是很重要的，如果丢失，将会导致目标漏检。另外，水流量对应的连续观测数据有些是不重要的，部分数据丢失对最终结果影响不大。

传感器节点本身有限的能量、有限的计算能力和通信能力要求编码方法尽可能简单。因此，我们在总编码位数一定的前提条件下，对编码位数进行分配，使得重要程度高的数据传输可靠性尽可能高，而重要程度低的数据传输可靠性得到保证。

发明内容    

本发明的目的在于针对数字航道环境下传感器网络数据传输可靠性不高而且现有的信道编码方法未区分数据重要性的不足，而提出一种面向数字航道的传感器网络可靠通信方法。

为了实现上述发明目的，采用的技术方案如下：

（1）按照重要程度对数据进行分类。在数字航道环境下，先找出可能的数据类型，然后面向应用评定数据的重要程度；数据重要程度从高到低用                                                表示；

（2）根据数据重要程度进行编码位数分配。设重要程度为的数据有种，，总编码位数为，重要程度为以下的数据需要的编码位数至少为，重要程度为以上的数据的编码位数为，。编码位数分配的优化问题可以表述为

                                  (1)

对这个优化问题求解，即得到最优的值；

（3）在现有信道编码方法的基础上，设计合适的信道编码方式；某类数据在一种应用中重要程度高，但在另一种应用中可能重要程度低，因此采用变速率自适应信道编码方式。传感器网络中形成多跳MIMO通信单元。在第一个MIMO通信单元中，发射端的每个节点选择上述变速率自适应信道编码方式对采集的数据进行信道编码，而接收端节点根据所有接收到的数据流进行解码，恢复信息比特。在随后的MIMO通信单元中，发射端节点的编码过程和接收端节点的解码过程与第一个的类似，直到采集的数据到达目的节点。

本发明的优点是：本发明在总编码位数一定的前提条件下，对编码位数进行分配，不仅可以使重要程度高的数据传输可靠性尽可能的提高，而且使重要程度低的数据传输可靠性得到保证，另外，编码方法比较简单。

附图说明    

图1为本发明实施例编码位数分配示意图；

图2为本发明实施例信道编码方法示意图。

具体实施方式  

现在结合附图对本发明做进一步的说明。在传感器网络中，发射端的多个节点和接收端的多个节点组成虚拟MIMO通信单元。第一个MIMO通信单元中发射端节点记为A，B，C，它们采集的数据分别简化表示为“1001”、“0011”和“1100”。它们是经过数字化处理的数据，不是原始观测数据。

（1）依次发送节点A，B，C所采集的数据。根据特定的应用场合设定数据重要程度阈值，并且评估A，B，C所采集数据的重要程度。如在船只安全监测应用中，A采集的是船只观测数据，B采集的是水中污染物数据，C采集的是水流量数据。可以设，得到A采集的数据重要程度最高（评级为3），C采集的数据重要程度次之（评级为2），B采集的数据重要程度最低（评级为1）。

（2）设总的编码位数为8，重要程度为以下的数据需要的编码位数至少为1。在船只安全监测应用中，A采集的数据重要程度高于，被分配的编码位数为5；B和C采集的数据重要程度低于，但是B采集的数据重要程度高于C采集的数据重要程度，B被分配的编码位数为2，C被分配的编码位数为1。

（3）在线性分组码、卷积码等编码类型中选择一种合适的编码，对A，B，C采集的数据进行信道编码。如果应用场合未变，随后的MIMO通信单元使用同样的编码位数和编码类型。如果应用场合变化，需要重新评估数据重要程度并重新分配编码位数。设在另一种应用中A采集的数据重要程度低于，被分配的编码位数为1；B和C采集的数据重要程度高于，被分配的编码位数分别为4和3。此时，仍然使用前面的编码类型，但是编码过程适应编码位数改变而有所调整。从A，B，C发出的编码后的数据流一起被接收端的节点接收。接收端的节点分别对来自A，B，C的数据进行解码，然后将解码后的数据依次发送出去，依此类推。最后，目的节点解码的数据输出给用户。