[[alternative]]Improving network lifetime and energy consumption in wireless sensor networks by network coding

碩士[[abstract]]無線感測網路(Wireless Sensor Networks)已經被視為一項未來的偵測技術，將大量的感測器節點隨機分佈後可以提供許多廣泛的應用，例如：追蹤某種目標物之狀態、環境之監測、週遭安全性之提升等。在無線感測網路中，因為感測器節點只能使用有限的能源的關係，例如電池，所以當感測器節點的能源耗盡時，會導致整個無線感測網路的功能受到影響，甚至造成整個網路無法運作。而且在網路中的某些感測器節點，因為離基地台(Base Station)的距離較近，需要幫忙離基地台較遠的感測器節點代傳資料，更造成額外的資料傳輸次數及電量消耗。因此減少感測器的能源消耗成為一個重要的議題，藉由有效的利用感測器的能源以延長無線感測網路的生命週期(Lifetime)。故本論文提出一個可應用在無線感測網路上並利用網路編碼(Network Coding)技術的資料傳輸方式，在每次傳輸中包含了多個感測節點的資料，藉以降低了感測器的資料傳送次數，進而達到節省感測器電量消耗及延長網路生命週期的目的。並且在模擬實驗分析中可以證明本論文之方法確實可以有效降低網路中感測器的資料傳送次數及電量消耗，以延長網路之生命週期。[[abstract]]Wireless sensor networks (WSNs) have become a sensing technology of future. A large number of sensor nodes can be randomly sprayed in an area and support many applications such as tracking the status for a target, monitoring environment and improving public security. The sensor nodes of WSNs can only use limited energy like battery. When the energy has been exhausted, WSNs cannot work anymore. In addition, sensor nodes which near Base Station need to relay data from other nodes. It takes extra data transmission and energy consumption. In order to extend the lifetime of WSNs, the management of the sensor''s energy is an important issue. In this thesis, we proposed a data transmission scheme with Network Coding mechanism to reduce data transmission times and energy consumption. In our simulation result we prove our proposed mechanism can reduce data transmission times and energy consumption and extend network lifetime.[[tableofcontents]]目錄 V 圖目錄 VII 表目錄 IX 公式目錄 X 第一章 簡介 1 1-1 無線感測網路簡介 1 1-2 無線感測網路的應用 3 1-3 研究動機 5 1-4 研究目的 7 1-5 論文架構 9 第二章 相關研究 10 2-1 耗電因素介紹 11 2-2 網路編碼機制之介紹 13 2-3 網路編碼協定之介紹 15 2-3-1 利用互斥(XOR)運算的網路編碼協定 15 2-3-2 利用矩陣運算的網路編碼協定 20 第三章 利用網路編碼技術的資料傳遞演算法 24 3-1 傳輸次數減少機制 25 3-2 利用網路編碼技術的資料傳遞演算法 26 3-2-1 起始階段 28 3-2-2 網路編碼階段 32 3-2-3 資料還原階段 36 第四章 結果分析與實驗 40 4-1 實驗參數與環境 41 4-2 實驗結果 42 4-2-1 資料傳送次數 42 4-2-2 電量消耗 43 第五章 結論與未來研究方向 45 5-1 結論 45 5-2 未來研究方向 46 參考文獻 47 附錄-英文論文 50 圖目錄 圖一、無線感測網路 2 圖二、無線感測器的硬體架構 3 圖三、環狀(CIRCULAR)網路架構 13 圖四、表格式(GRID)網路架構 14 圖五、ACTIVE OPTIMIZING ROUTING之PSEUDO-CODE 16 圖六、GETCODEOPTION之PSEUDO CODE 17 圖七、網路編碼的TIMER圖例 18 圖八、NETWORK CODING之PSEUDO CODE 18 圖九、網路編碼互斥運算範例 19 圖十、常態分布圖 22 圖十一、網路編碼機制介紹 25 圖十二、演算法流程圖 26 圖十三、傳送路徑建立流程 28 圖十四、資料傳送路徑 31 圖十五、編碼向量圖例 33 圖十六、網路編碼階段執行流程 34 圖十七、資料還原階段流程圖 36 圖十八、節點分布圖 37 圖十九、“INTEREST”封包傳送路徑 38 圖二十、資料封包傳送路徑 38 圖二十一、資料傳送次數比較 43 圖二十二、電量消耗比較 44 表目錄 表一、INTEREST封包格式 29 表二、感測資料封包格式 33 表三、實驗環境及參數 41 公式目錄 （式1） 20 （式2） 22 （式3） 22 （式4） 22 （式5） 23 （式6） 39 （式7） 39 （式8） 39[[note]]學號: 698410379, 學年度: 9