發(fā)布時(shí)間：2018-04-29 03:11

  本文選題：無線納米傳感網(wǎng) + 能耗��； 參考：《浙江工業(yè)大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：無線納米傳感網(wǎng)由大量納米傳感器構(gòu)成,采用太赫茲(Terahertz,THz)頻段(0.1-10 THz)電磁波通信,在生物醫(yī)學(xué)、環(huán)境、工業(yè)和軍事等諸多領(lǐng)域有著許多極有前景的應(yīng)用(例如,健康監(jiān)測系統(tǒng)、空氣污染監(jiān)測系統(tǒng)、納米物聯(lián)網(wǎng)、核生化防御系統(tǒng)等),將極大地改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ畈⒂绊懮鐣?huì)發(fā)展。構(gòu)成無線納米傳感網(wǎng)的納米傳感器在能量儲(chǔ)存能力、通信能力和計(jì)算能力等方面都極其有限,能量有效性成為無線納米傳感網(wǎng)的重要研究問題之一。本文研究無線納米傳感網(wǎng)節(jié)能編碼,旨在通過編碼方法節(jié)省無線納米傳感網(wǎng)中的通信能耗。本文的研究工作對于促進(jìn)無線納米傳感網(wǎng)在眾多領(lǐng)域的先進(jìn)應(yīng)用的基礎(chǔ)研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值。本文在介紹無線納米傳感網(wǎng)中的基于開關(guān)鍵控的調(diào)制方案、THz信道模型及低碼重編碼等后續(xù)研究內(nèi)容的知識(shí)基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上;分別針對不同的情況,研究無線納米傳感網(wǎng)中基于時(shí)域擴(kuò)展開關(guān)鍵控調(diào)制的節(jié)能編碼方案,具體工作和成果如下:1.針對源字等概率出現(xiàn)的場景,提出一種無線納米傳感網(wǎng)中優(yōu)化通信能耗的平均碼重(Average Codeword Weight,ACW)最小化編碼(ACW-Minimization Coding,ACW-MC)。ACW-MC在誤比特率較小的無線納米傳感網(wǎng)場景中具有較好的能量有效性。特別地,我們重點(diǎn)關(guān)注ACW-MC優(yōu)化碼本的構(gòu)建算法及碼長對ACW的影響。在無線納米傳感網(wǎng)能耗分析的基礎(chǔ)上,提出一種新的綜合考慮發(fā)送端能耗和接收端能耗的能耗模型,該能耗模型不同于現(xiàn)有工作,既考慮傳輸能耗和接收能耗,又考慮發(fā)送端和接收端的電路能耗。2.針對源字非等概率出現(xiàn)的場景,提出一種無線納米傳感網(wǎng)中非等概源字通信能耗最小化編碼(Communication Energy Minimization Coding,CEMC)。較之未編碼(Non-Coding,NC)及脈沖位置編碼(Pulse Position Coding,PPC)、最小化能耗的編碼和超低重碼等編碼,CEMC具有較好的能量有效性。我們給出一種綜合考慮傳輸能耗和接收能耗的通信能耗模型。對于給定的碼長,CEMC在構(gòu)建最小化ACW的優(yōu)化碼本的基礎(chǔ)上,把出現(xiàn)概率較高的源字編碼為碼重較小的碼字,從而最小化加權(quán)平均碼重;在滿足碼長閾值和編碼速率閾值約束的情況下,建立通信能耗優(yōu)化問題,得到最小化通信能耗的優(yōu)化碼長,給出碼長優(yōu)化的CEMC。3.針對在無線納米傳感網(wǎng)中傳輸實(shí)時(shí)信息流的場景,提出一種無線納米傳感網(wǎng)中實(shí)時(shí)信息流通信能耗優(yōu)化編碼(Energy Optimization Coding,EOC)。EOC較之NC及無線納米網(wǎng)最小能耗編碼具有更好的能量有效性,而且源字長度較小,適用于實(shí)時(shí)信息流較長的場景。EOC的能耗模型綜合考慮傳輸實(shí)時(shí)信息流時(shí)發(fā)送端能耗和接收端能耗,其中包含了編碼字典收發(fā)能耗。在建立聯(lián)合優(yōu)化源字長度和碼長的通信能耗優(yōu)化問題的基礎(chǔ)上,給出EOC的編碼算法。4.在無線納米傳感網(wǎng)編碼的能量有效性之外,考慮編碼的信道容量性能,提出一種聯(lián)合太赫茲信道容量性能的節(jié)能編碼(Energy Saving Coding,ESC)。較之低碼重信道編碼和PPC等編碼,ESC具有較好聯(lián)合性能,即較高的節(jié)能率和信息速率。在分析無線納米傳感網(wǎng)中單用戶及多用戶場景下基于編碼的信道容量的基礎(chǔ)上,提出聯(lián)合信息速率與節(jié)能率的優(yōu)化問題,并給出基于優(yōu)化的碼長和ACW的編碼方案。
[Abstract]:The wireless nano sensor network is composed of a large number of nano sensors, using the Terahertz (THz) frequency band (0.1-10 THz) electromagnetic wave communication, and has many promising applications in many fields such as biomedicine, environment, industry and military, for example, health monitoring system, air pollution monitoring system, nanoscale network, nuclear and chemical defense system, etc. It has greatly changed people's daily life and affects social development. The nano sensor of wireless nano sensor network is very limited in energy storage capacity, communication ability and computing power. Energy efficiency has become one of the important research problems of wireless nanoscale sensor network. The research work of this paper has important academic value for the basic research on promoting the advanced applications of wireless nanossg in many fields. This paper introduces the modulation scheme based on switch keying, THz channel model and low code recoding in wireless nanossg. On the basis of the knowledge base of the following research content, the energy saving coding scheme based on the time domain extended switch keying modulation in the wireless nanossense sensor network is studied respectively. The specific work and results are as follows: 1. the average energy consumption in the wireless nanoscale sensor network is proposed. The code weight (Average Codeword Weight, ACW) minimization coding (ACW-Minimization Coding, ACW-MC).ACW-MC has a good energy efficiency in a wireless nanoscale sensor network with a small bit error rate. In particular, we focus on the construction algorithm of the ACW-MC optimized codebook and the effect of the code length on ACW. On the basis of this, a new energy consumption model is proposed, which considers both the energy consumption of the transmitter and the receiving end. The energy consumption model is different from the existing work, considering both the energy consumption and the energy consumption of the receiver, and the circuit energy consumption of the transmitter and receiver in view of the non equal probability of the source word. A non equal probability source in the wireless nanoscale sensor network is proposed. Communication Energy Minimization Coding (CEMC). Compared to the uncoded (Non-Coding, NC) and pulse position coding (Pulse Position Coding, PPC), the coding and ultra low code of energy consumption are minimized. CEMC has good energy efficiency. We give a comprehensive consideration of transmission energy consumption and energy consumption. For a given code length, on the basis of a given code length, CEMC is built on the basis of optimizing the optimal codebook to minimize the ACW. The source word which has a higher probability is coded to minimize the code weight, and the weighted average code weight is minimized. The optimization problem of communication energy consumption is established under the condition of meeting the threshold of the code length and the threshold of the coding rate, and the minimization of the energy consumption is minimized. The optimization code length of communication energy consumption and the CEMC.3. optimization of code length for transmitting real-time information flow in wireless nanossense network, a kind of Energy Optimization Coding (EOC).EOC in wireless nano sensor network is proposed, which has better energy than the minimum energy consumption coding of NC and line free nanoscale. It is effective, and the source word length is small. The energy consumption model of.EOC, which is suitable for real time information flow, takes into account the energy consumption and the receiving end energy consumption of the transmitting real-time information flow. It includes the energy consumption of the coding dictionary. On the basis of establishing the joint optimization of the energy consumption of the channel of the joint optimization of the source word length and code length, the paper gives the compilation of the EOC. The code algorithm.4., in addition to the energy efficiency of the wireless nano sensor network, takes into account the performance of the coded channel capacity, proposes an energy saving encoding (Energy Saving Coding, ESC) combined with the capacity performance of the terahertz channel. Compared with the low code weight channel coding and PPC coding, ESC has a better joint performance, that is, higher energy efficiency and information rate. On the basis of analyzing the coded channel capacity of the single user and multi user scene in the wireless nanoscale sensor network, the optimization problem of the joint information rate and energy saving rate is proposed, and the coding scheme based on the optimized code length and ACW is given.

【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5

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本文編號(hào)：1818120