[發明專利]一種基于OOK調制的無線傳感器網絡中高發送能量效率源編碼方法

有效

• 申請號: 201210552301.6
• 申請日: 2012-12-18
• 公開（公告）號: CN103067125A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發明（設計）人: 池凱凱;程珍;朱藝華;孫立;田賢忠
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L27/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強

技術領域

本發明涉及一種無線通信中的節能信源編碼方法，該方法適用于采用OOK調制的無線傳感器網絡。

技術背景

無線傳感器網絡在環境監測、醫療衛生、工業自動化、軍事偵查等領域有著非常廣泛的前景。由于傳感器網絡中的傳感器節點通常是由電池來供電，其能量非常有限，因此如何降低節點的能量消耗、延長網絡的生存時間是有待研究的關鍵問題之一。

傳感器節點的能量消耗發生在數據采集、數據處理、數據發送、數據接收等環節。其中，數據發送所消耗的能量會占總能量消耗的很大比例。比如說，發送一個比特所消耗的能量與處理上千條計算指令所消耗的能量大致相當。因此，如何降低發送信息所消耗的能量是非常值得持續深入研究的重要問題。

為了節省發送信息時消耗的能量，采用OOK調制是一種適合的候選調制方案。OOK調制方式是僅僅在發送“1”比特時發送電壓信號，而在發送“0”比特時保持安靜即天線上不發送任何電壓信號。因此，采用OOK調制方式的通信方式只會在發送“1”比特時消耗能量，達到了節能的目的。

對于采用OOK調制方式的無線通信，我們可以通過采用信源編碼技術，將m比特長的信息串映射到n比特長的碼字以便降低“1”比特的出現次數，從而進一步的降低發送能耗，其中n>m。目前為止，已有一些文獻研究設計信源編碼方法來降低“1”比特的出現次數。比如ME編碼方法（參見《Energy?Efficient?Source?Coding?and?Modulation?forWireless?Applications》,刊于IEEE?WCNC,2003）、MEC編碼方法（參見《Minimum?Energy?Coding?for?Wireless?NanoSensor?Networks》,刊于IEEE?INFOCOM,2012）等等。然而這些源編碼方法都是設計固定碼長的前綴編碼，這種固定碼長編碼雖然減少了“1”比特的出現次數，但編碼前信息長度與編碼后碼字長度的比值即碼率偏低，從而導致傳輸效率偏低。設計開發變長碼即碼字長度不一樣的編碼方法，既可以有效減少“1”比特的出現次數又可以達到高碼率。

發明內容

為了克服現有無線傳感器網絡的固定碼長編碼導致碼率偏低的不足，本發明提出了一種基于OOK調制的無線通信中的變碼長編碼方法，該方法在保證碼率即傳輸效率不低于所給定門限值的前提下得到碼重即“1”比特個數較低的碼字集合，從而降低節點的能量消耗。故該技術可以應用于使用OOK調制的無線傳感器網絡中，進而極大延長能量極其受限的通信節點存活時間。

本發明為了解決上述技術問題提供的技術方案為：

一種基于OOK調制的無線傳感器網絡中高發送能量效率源編碼方法，利用變長碼字集合選取方法來構造出達到預定的碼率且具有很低碼字平均重量的碼字集合，并利用基于碼表查詢的編解碼法來進行編碼和解碼，其中，所述的變長碼字集合選取方法包括以下步驟：

(1.1)對于長度為m比特的信息串編碼問題，構造一顆深度為m的滿二叉樹，將其每個節點的左分支標為0，右分支標為1；二叉樹從根節點到每個葉子節點的路徑序列代表著一個碼字，以便使該編碼具有前綴性；

(1.2)對每個節點n_i，計算其重量度量w_i和層數度量L_i，其中重量度量w_i為從根節點到節點n_i的路徑序列中1的個數，而層數度量L_i為從根節點到節點n_i的路徑序列的長度，計算出所有葉子節點層數度量的總和L_T。

(1.3)對二叉樹中的葉子節點反復進行裁剪和擴展操作并更新L_T，直到L_T達到臨界值為止；

所述基于碼表查詢的編解碼法包括以下步驟：

(2.1)碼表構造：是先將2^m個不同的m比特長信息串與所選取的2^m個碼字進行一一對應，存儲為一張碼表；

(2.2)碼表存儲：將碼表保存在發送節點和接收節點中；

(2.3)編解碼操作：發送節點通過碼表查尋來找出信息串對應的碼字，接收節點通過碼表查尋來找出碼字對應的信息串。

進一步，步驟(1.1)中參數m的取值取決于傳感器節點的內存大小，m的取值所得到的碼表大小要小于節點里所具備的內存大小。