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1、单 位 代 码 ： 10293 密 级 ：硕 士 学 位 论 文论 文 题 目 ： 基 于 网 络 编 码 的 数 据 融 合 关 键 技 术 研 究学 号姓 名导 师学 科 专 业研 究 方 向申请学位类别论文提交日期1010010411刘颖杨震 教 授信号与信息处理无 线 通 信 与 信 号 处 理 技 术工学硕士2013.2.26Research on the Key Issue ofData Fusion Based on Network CodingThesis Submitted to Nanjing University of Posts andTelecommunication
2、s for the Degree ofMaster of Master of EngineeringByLiu YingSupervisor: Prof. Yang ZhenFebruary 2013南 京 邮 电 大 学 学 位 论 文 原 创 性 声 明本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得的 研 究 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外 ， 论 文 中 不 包含 其 他 人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包
3、 含 为 获 得 南 京 邮 电 大 学 或 其 它教 育 机 构 的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的 材 料 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的任 何 贡 献 均 已 在 论 文 中 作 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 。本 人 学 位 论 文 及 涉 及 相 关 资 料 若 有 不 实 ， 愿 意 承 担 一 切 相 关 的 法 律 责 任 。研 究 生 签 名 ： _ 日 期 ： _南 京 邮 电 大 学 学 位 论 文 使 用 授 权 声 明本 人 授 权 南 京 邮 电 大 学 可 以 保 留 并 向 国 家 有 关 部 门 或
4、 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件 和 电 子 文档 ； 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 ； 可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 内 容 编 入 有 关 数 据 库 进 行 检 索 ；可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 、 汇 编 本 学 位 论 文 。 本 文 电 子 文 档 的 内 容 和 纸 质论 文 的 内 容 相 一 致 。 论 文 的 公 布 （ 包 括 刊 登 ） 授 权 南 京 邮 电 大 学 研 究 生 院 办 理 。涉 密 学 位 论 文 在 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。研 究 生 签 名 ：
5、_ 导 师 签 名 ： _ 日 期 ： _摘 要2005 年 ， 国 际 电 信 联 盟 （ ITU） 在 信 息 社 会 世 界 峰 会 上 发 布 了 ITU 互 联 网 报 告 2005：物 联 网 ， 该 报 告 中 正 式 阐 述 了 物 联 网 （ the Internet of Things， IOT） 的 概 念 。 物 联 网 中 感 知信 息 具 有 多 源 异 构 、 多 粒 度 、 多 维 度 、 海 量 等 特 点 。 无 线 传 感 器 网 络 （Wireless Sensor Network，WSN） 作 为 物 联 网 的 末 端 延 伸 网 ， 是 虚 拟 信
6、 息 世 界 和 现 实 物 理 世 界 沟 通 的 桥 梁 ， 具 有 非 常 重要的意义，国内外对于无线传感器网络内信息传输与处理的理论和技术研究，已经有不少成果，但是物联网概念的提出，其涵盖范围已经超出了无线传感器网络的范畴，其网络规模从局域扩展到广域，网络类型从单一结构扩展到多重结构，感知信息量从有限信息扩展到海量信息。因此，如何对物联网前端采集的大量且多样性的数据进行实时的处理，是决定物联网从 理 论 研 究 走 向 实 用 阶 段 的 关 键 因 素 之 一 。网络编码理论也是近年来通信网络领域的一项重要突破，其优势在于显著提高网络吞吐量及传输的可靠性。而无线传感器网络中靠的很近的
7、传感器节点所采集的外部物理信息具有很强的相关性，这为数据汇聚进行冗余压缩提供了可能。因此，本论文以无线网络（尤其针对物联网的底层无线传感网）为背景，在无线传感网的汇聚节点进行数据融合的同时，采用网络编码方法，叠加多个传输的数据报文，从而有效提高无线传感网的数据汇聚和传递的效率 。 本 文 主 要 工 作 和 创 新 点 归 纳 如 下 ：（ 1） 本 文 结 合 基 于 陪 集 的 分 布 式 信 源 编 码 (Distributed Source Coding using Syndromes，DISCUS)，提出了一种以网络能耗最小为目标的自适应分布式信源编码与网络编码联合传输算 法 （ A
8、daptive Joint Distributed Source and Network Coding， AJDSNC） 。 首 先 ， 对 基 于 陪 集 的分布式信源编码进行了改进，使得信源长度任意选取时，也可以无失真的解码。其次，针对典 型 的 蝶 形 网 络 及 其 变 形 的 多 播 网 络 ， 结 合 无 线 传 感 网 中 的 流 间 网 络 编 码 技 术 （ Inter-flowNetwork Coding） ， 提 出 了 自 适 应 的 联 合 传 输 算 法 ， 该 算 法 综 合 了 分 布 式 信 源 编 码 的 冗 余 压 缩和网络编码的吞吐量提升等优点。数值仿真
9、表明该算法提高了网络的传输效率，进一步降低传 感 器 节 点 的 能 量 消 耗 ， 延 长 网 络 的 生 存 周 期 。（ 2 ） 本 文 将 基 于 香 农 信 息 论 的 序 列 熵 理 论 和 基 于 机 会 的 网 络 编 码 （ CodingOpportunistically， COPE） 理 论 结 合 ， 提 出 了 基 于 网 络 编 码 的 自 适 应 压 缩 编 码 算 法 （ AdaptiveCompression Coding Based on Network Coding， ACNC） 。 首 先 ， 对 序 列 相 似 性 进 行 定 义 。 其 次 ，针 对
10、多 信 源 -多 信 宿 网 络 ， 结 合 无 线 传 感 网 的 传 输 信 息 具 有 相 关 性 的 特 点 ， 提 出 了 基 于 网 络 编码的自适应压缩编码算法，即在网络编码的中间编码节点处，增加考虑传输序列的相似性，I对冗余数据进行压缩。大量的仿真实验表明，本文所提出的算法在提高传输有效性方面优于传 统 的 单 纯 网 络 编 码 的 方 法 。（ 3） 本 文 在 基 于 多 路 径 的 流 内 网 络 编 码 （ Intra-flow Network Coding） 传 输 方 法 的 基 础 上 ，提 出 了 基 于 冗 余 压 缩 的 多 路 径 网 络 编 码 （ N
11、etwork Coding based on Redundancy Compressionfor Multipath Network， RCNC） 传 输 算 法 。 针 对 一 般 网 络 结 构 ， 结 合 香 农 信 息 论 的 序 列 熵 理论，增加考虑无线传感网中传输序列的相似性，在汇聚节点对冗余的数据进行压缩，然后再根据基于多路径的流内网络编码进行传输，理论分析和仿真结果表明该算法去除了网络传输中 的 冗 余 数 据 量 ， 进 一 步 提 高 了 网 络 中 数 据 的 传 输 效 率 ， 且 该 算 法 适 用 范 围 广 泛 。关 键 词 : 流内网络编码，流间网络编码，无线
12、传感器网络，物联网，分布式信源编码，机会网 络 编 码 ， 相 似 序 列 ， 冗 余 压 缩IIAbstractInternational Telecommunication Union (ITU) formally proposed the concept of the Internet ofThings (IOT) in the ITU Internet Report 2005: Internet of Things in WSIS. The informationamong IOT has the characteristics of multi-source, multi-granu
13、larity, multi-dimensional, massiveand heterogeneous. As the end of the IOT, wireless sensor network (WSN) is a bridge ofcommunication between virtual world and the real physical world, besides, it has been research oninformation transmission and processing at home and abroad. However, the coverage o
14、f IOT isbeyond the scope of WSN. Therefore, new technology for IOT to process and transmit massiveinformation timely is the key factor for practical use.Network coding (NC) is an important breakthrough in the field of communication networks andthe advantage of NC is to improve network throughput and
15、 transmission reliability. Furthermore,the information from the sensor nodes in the WSN has a strong correlation. Based on NC, this papermakes efforts to improve the aggregation and delivery efficiency for multiple transmission datapackets in the WSN. The main contributions of this paper are describ
16、ed as follows:(1) Based on Distributed Source Coding using Syndromes, this paper proposes an adaptivetransmission algorithm with target of minimum energy consumption for the whole networkbased on joint DISCUS and NC scheme. First, we improve DISCUS for broader application.Besides, on the basis of Inter-flow Network Coding, this paper proposes an adaptivetransmission algorit
