基于网络编码的水下传感网络高效可靠性传输协议设计

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随着海洋经济的日渐繁荣,水声通信的作用变得越来越重要,但是传统的点对点水声通信功能比较单一,需要赋予水声通信以组网的功能,水下传感网络可以在海洋油气开采、海洋环境监测、潜航器组网等方面发挥更大的作用。由于水声信道在海洋环境中具有一定的局限性,比如水声传播速度只有大约1500米/秒,低于电磁波传播速度5个量级;水下环境复杂,多径效应和多普勒效应会大大增加通信延迟和误码率;水声通信带宽极窄。这些局限性使得水声通信相较于陆地通信更加具有挑战性。数据可靠传输的目的是让接收点能够成功接收发送给它的数据。实现这一目的的方案主要有自动重传请求(ARQ)和网络编码。ARQ可以在低噪声环境中实现可靠数据传输,但是如果环境及其恶劣,会陷入不断地重传之中,大大降低传输效率,而网络编码属于冗余机制,对恶劣环境有较高的容错性。许多文献中也根据这两种方案提出自己的策略和建议,本文在水声无线网络的框架下,针对传输不可靠的问题进一步做出以下研究内容和创新。1、运用洋计算的理念,将智能数据处理放在前端,针对水下图像的特点,将图像数据压缩,可以明显的减少需要传输数据的数量,在减少原始图像数据量一半的情况下且不影响数据的质量。2、使用网络编码和选择重传混合方案。在发送端,先利用前向纠错码对数据进行编码,虽然传输了部分冗余数据,但即使接收端因为信道不稳定或者冲突丢失了部分数据包,也可以通过解码将原始数据恢复出来;信道较差情况下如果接收端没有恢复出原始数据,则使用选择重传算法发送NACK通知发送端发送丢失的数据包。尤其对于多跳网络,网络性能提升显著。3、改进了选择重传。传统的选择重传,发送端在接收不到确认包的情况下,会重传所有的数据包,但是编码之后,数据包会增加一倍,如果全部重传会增加不必要的网络开销和能量消耗,所以本文改进为重传最后一个数据包,经过仿真测试,网络性能得到提升。本文提出的可靠性传输协议,利用图像去噪压缩算法可以缓解水下充电不方便的问题,只传输特征信息减少了数据量实现了高效传输。基于逐跳编码的思想可以适用于多跳网络,大大增加了应用范围和可靠性。
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