縮短BCH 編碼應用于無線傳感網(wǎng)絡的能效分析

1 引 言

　　無線傳感器
傳感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化學、生物）法則、定理、定律、效應等把物理量或化學量轉(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)絡是由大量具有感知能力、計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、生物）法則、定理、定律、效應等把物理量或化學量轉(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)點組成的面向任務的無線自組織網(wǎng)絡， 它綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡和無線通信技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等多項技術(shù) 。在軍事、醫(yī)療、空間探測、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災、安全生產(chǎn)監(jiān)控等領(lǐng)域都有廣泛應用。

　　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)點的能量受限形成矛盾。因此， 無線傳感器網(wǎng)絡差錯控制的研究重點之一是在數(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。文獻定義能效為衡量差錯控制優(yōu)劣的指標， 探討了低能耗網(wǎng)絡的數(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。文獻證明了采用BCH 碼比卷積碼能獲得更大的能效提高。文獻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行編碼， 并對具有不同糾錯能力的BCH 碼的能效進行了比較， 得出了特定情況下的最優(yōu)編碼方案。

　　3 縮短BCH 碼

　　BCH 碼是一類運用廣泛的能糾正多個隨機錯誤的前向糾錯編碼， 其中， 能糾正單個隨機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， 在實際應用中， 需要對任意碼長的信息進行編碼， 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)應用中的實際情況， 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， 其對應的BCH 碼也在改變， 其對應關(guān)系如表1所示。

表1 不同碼長的縮短BCH 碼對應的BCH 碼

　　4 能效分析

　　4. 1 能效定義

　　能效定義是在文獻中提出的， 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。