縮短BCH 編碼應(yīng)用于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的能效分析

1 引 言

　　無(wú)線傳感器
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(hào)的器件。傳感器是測(cè)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(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)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(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)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(hào)的器件。傳感器是測(cè)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(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)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(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。

節(jié)點(diǎn)組成的面向任務(wù)的無(wú)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(wú)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(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、安全生產(chǎn)監(jiān)控等領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。

　　差錯(cuò)控制是無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸中保證傳輸可靠性的一個(gè)重要手段， 但差錯(cuò)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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)差錯(cuò)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(cuò)控制的基本模式主要有兩種， 前向糾錯(cuò)( FEC)和自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求( ARQ )。前向糾錯(cuò)協(xié)議的額外能耗主要來(lái)自譯碼過(guò)程和冗余信息的傳輸。而自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求的能耗主要來(lái)自重傳過(guò)程。文獻(xiàn)定義能效為衡量差錯(cuò)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(zhǎng)度優(yōu)化問(wèn)題， 并證明了自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)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(cuò)控制方案時(shí)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(gè)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(duì)信息進(jìn)行編碼， 并對(duì)具有不同糾錯(cuò)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(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤的前向糾錯(cuò)編碼， 其中， 能糾正單個(gè)隨機(jī)錯(cuò)誤的碼即為漢明碼， 漢明碼譯碼簡(jiǎn)單， 能耗可忽略。

　　BCH 碼由( n， k， t) 表示， n 為碼長(zhǎng)， k 為信息長(zhǎng)度， t為糾錯(cuò)能力。BCH碼的碼長(zhǎng)n = 2m- 1， 在實(shí)際應(yīng)用中， 需要對(duì)任意碼長(zhǎng)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(cuò)能力不變。根據(jù)應(yīng)用中的實(shí)際情況， 對(duì)整字節(jié)長(zhǎng)度的信息位構(gòu)造縮短漢明碼。隨著信息位的長(zhǎng)度增加， 其對(duì)應(yīng)的BCH 碼也在改變， 其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。

表1 不同碼長(zhǎng)的縮短BCH 碼對(duì)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(gè)定義綜合了差錯(cuò)控制協(xié)議對(duì)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(guò)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(lái)傳輸有用信息的能量， P 為誤包率。