网络编码在无线传感器中应用
引言
伴随计算机技术、通信技术不停发展，网络通信和大家生活联络越来越紧密。
同时，网络用户数量正在快速增加，用户对网络服务多样化和网络传输质量要求
不停提升。所以，怎样提升网络资源利用率，优化网络服务，寻求处理传输数据
可靠性低措施，已经成为学术界研究热点。在现有计算机通信网网络中，信息传
输全部是由节点经过中间节点，以存放转发方法传送到目标节点。除了数据复制
之外，通常来说在网络中间节点并不需要做任何数据处理，在很多实际应用中，
大家为了信息分析，信息安全和交换目标，总是要在中间节点进行某种形式数据
处理。大家普遍认为，中间节点所进行数据处理对数据传输过程本身不会带来任
何好处。但汉字大学AhlswedeR在IEEE信息论坛会刊上发表论文根本推翻
研究者广泛关注，她们也从编码、应用等角度对其提出了多个改善方法。本文将
了这一结论，网络编码理论应运而生，字网络编码被提出以后便逐步得到了很多
网络编码是一个融合了路由和编码信息交换技术，它关键思想是在网络中各
个节点上对各条信道上受到信息进行先行或是非线性处理，然后转发给下游节点，
中间节点饰演者编码器或信号处理器角色。依据图论中最大流最小割定理，数据
发送方和接收方通信最大速率不能超出双方之间最大流值，假如采取传统多播路
由方法，通常不能达成其上界。网络编码能够达成多播路由传输最大流界，提升
信息传输效率。
图中给出了网络编码经典网络图，图中有箭头代表有向链路，假设每条链路
容量为1，心愿节点向接收节点同时发送2bit信息。图(a)中采取传统广播技术，
节点S分别向节点T，U发送1bit信息，节点T，U在分别将接收到数据转发给
其它节点，这么节点T，U全部能够直接取得1bit，不过，但这两个节点经过W
进行转发时候，因为节点Y，Z之间链路容量为1，所以，每1bit信息需要在此
排队等候一个单位时间。这么，每个接收点在单位时间接收到比特数为1.5bit。
广播最大流量。
无线传感器网络
无线传感器网络是大量静止或移动传感器以自组织和多跳方法组成无线网
络，其目标是协作感知、采集、处理和传输网络覆盖区域内感知对象检测信息，
并汇报给用户。大量传感器节点分布于要探测区域中，将探测数据经过汇聚节点
经网络发送给用户。传感器节点总体上说能够有五部分组成：传感器、控制
单元、通信模块、存放单元、电池。
无线传感器网络有一下2个基础特点：1)无线传感器网络能量、通信能力、
计算和存放能力全部十分受限；2)传感器节点所采取期间受到了，节点也更
轻易出现故障。另外因为环境影响、带宽、信号干扰和能量耗尽等原因，无
线通信轻易失效，可靠性差。所以，设计有效策略，延长网络时间周期，成为无线传感器网络研究关键问题，因为无线传感器网络中关键能耗是节点间通信，降低通信量是节省消耗关键方法，所以，将网络编码技术应用在无线传感器网络中是很适宜。
因为无线链路和物理层不稳定性，广播特征很适适用于网络编码，无线网
络也成为了第一个应用网络编码领域。传输经过量和能量利用率关键衡量无线移
基于网络编码FLOOD协议
基于网络编码FLOOD协议实在IP 层和MAC层之间增加一个编码成，编码
机会查找和编码机会在这一层完成。算法基础思想以下：
1. 节点将接收到数据包进行处理后不是直接丢掉，而是将其放在一个数
据池中缓存一段时间。
2. 节点经过广播各自邻居状态汇报来时每个几点全部知道自己2跳邻居 状态并将给状态信息存在一张2跳邻居节点表中。
每个节点全部有一个邻居节点表，统计自己邻居节点收到了哪些数据，3.
用于确定是否发送某个数据包和是否对某个数据包进行编码。当节点收到一个数据包时，经过查看2跳邻居节点表，能够推知该数据包上
一跳节点邻居已收该数据包，据此曾欣邻居接收表对应表项。假如经过查看邻居接收表，知道该节点邻居全部已收到该数据包，该节点就不转发该数据包。
4. 只是用简答异或操作来进行编码，而且只对原始数据进行编码，编码 必需能够被全部邻居节点解码。
5. 使用一个贪心编码法案，即不是选择最有编码包集合，而是贪心选择 一个数据包集合来进行编码。
下面以一个简单例子介绍基于编码FLOOD算法是怎样工作，有三个节点，
A拥有数据p1，B拥有数据包p2，C拥有数据包p3。假设网络中节点已经
经过广播邻居汇报取得了各自2跳邻居状态。A、B、C依次将3 个数据包
广播出去，E收到了3 个数据包，依据2跳邻居节点表和数据包上一条信息
更新自己邻居节点表，如表所表示：
依据这个邻居节点表，E在准备发送ｐ１时候，在输出队列寻求能够参与编码数据包，首先考虑若发送ｐ１异或ｐ２，邻居们能否成功解码以取得缺失数据包。因为ＡＢＣＤ中全部拥两个数据包中最少一个数据包，所以当她们接收到异或好数据包以后，
能够经过将自己拥有数据包和编码包进行异或操作来取得确实数据包。再考虑若继续添加原始数据发，发送三个数据包异或，邻居们能否成功解码，答案是否定，就节点Ａ来看，其只拥有数据包ｐ１，当它收到三个数据包 异或时候，并不能经过异或擦偶偶取得确实数据包。所以节点Ｅ最终选择两个数
据包节点发送，它四个邻居受到这个编码包后，全部能够经过以后操作取得缺失
数据包。
经过将基于编码ＦＬＯＯＤ协议加入编码层，比较经过编码和未使用编码平
均网络延迟，能够发觉使用网络编码平均网络延迟较未使用网络编码平均网络延
迟有少许增加，大该增加了0.09s，这说明基于编码FLOOD协算法让数据包在
发出之前在输出队列中等候一个随机选择时长，以取得更多编码机会。
能量和吞吐量是用来比较传输相同数据量所消耗能量，能够看出，基网络
编码FLOOD，在传输相同数据量时候，比传统节省了10%能量，能够看出，基
于网络编码FLOOD能有效达成节省能量目标。所以这种算法也能够有效延长无
线传感器网络生命周期。
FLOOD协议是最基础路由协议，是很多其它无线传感器网络路由协议组成
部分，而且经过上述分析，FLOOD协议在理论上能够经过网络编码降低网络中
数据发送次数，含有降低能耗理论可行性。所以依据上文所表述，选择FLOOD
协议作为试验基础协议，参考传统无线网络编码方案，设计适合无线传感器网络
对比新旧协议性能表现，新设计协议在网络吞吐量、网络节点平均剩下能量、需
要数据包发送量等性能指标上全部有较大改善。
总结
网络编码从被提出来以后，大家对它研究在不停深化，并将之应用到无线
网络中，网络编码增在给无线传感器网络带来巨大影响。本文介绍了网络编码基
础定义和形式，无线传感器网络基础组成和衡量一个无线传感器网络性能指标，
而且提出了一个新基于网络编码FLOOD路由协议，利用仿真软件进行了仿真，
分析了网路编码应用对无线传感器网络性能影响，包含增加网络吞吐量，节省节
点能量，增加网络链路可靠性和安全性，增加数据聚合效率等。不过，现在很多
方法很依靠网络编码有限域大小，增加编码运算有限域大小，能够确保网络安全
性，不过优先于增加，肯定带来对于计算复杂度要求。所以，寻求计算复杂度低算法，是理论研究转化为实际网络应用关键。另外传输路径中每个中继节点全部要对数据包进行彪马，这对资源受限无线传感器网络来说，会带来一定开销，假如对无线传感器网络中编码节点选择进行分析，降低编码节点数量，从而能够深入降低能耗，有效利用资源，同时在不影响数据可靠性传输条件下，在数据传输可靠性和网络开销之间做一个权衡来寻求最优处理措施。