缩短BCH 编码应用于无线传感网络的能效分析

无线传输网络的能量消耗主要由无线通信过程产生， 为了节省能量， 在数据包发送间隙会关掉无线通信设备来节省能耗， 但每次重启时会消耗一部分能量来打开发送端。

有效能量为:

　　其中k 为信息码长， Ttr为传输1b it数据的时间，Ttr = 1 /Rradio。

由结果可见， 对于未编码系统， 在原始误码率一定的情况下， 其能效仅与包长有关， 并且存在最优值使得能效为最大。

4. 3. 2 缩短BCH 编码的能效

纠错能力为t的前向纠错系统误包率为:

对于纠错能力为1的BCH 码， 也就是汉明码，其译码能耗可以忽略， 缩短BCH 码( n， k， t) ( t> 2)的译码能耗为:

根据公式( 1)， 能效为：

总耗能为:

根据公式( 1)， 能效为：

　　4. 4 仿真结果

图1 比较了输出功率为0dbm 时， 不同信息长度下各编码方式的误包率， 随着信息位数长的增大，未编码系统的误包率急剧增大， 对于125字节的信息码长， 误包率达到了0. 4， 几乎无法通信。纠错能力越强， 误包率越小， 纠错能力大于2的BCH 码效果尤其显着， 其误包率接近0。再增加纠错能力没有明显效果。

图1 不同信息长度下各编码方式的误包率

图2 显示了随着信息位的增加， 各种编码方式的能量吞吐率， 其总趋势是增加的， 也就是说， 虽然随着码长的增加， 译码能量也在增加， 但其增加幅度较有效能量的增加较小。

由图2可知， BCH 缩短编码的能量吞吐率并不是单调增加， 在某些点出现了下降， 这些点出现每次监督码位数( n - k ) 增加， 然后监督码位数不变， 信息位逐渐增大， 能量吞吐率又开始增加。

根据图2对比具有不同纠错能力的编码， 纠错能力越强， 其译码能耗越大， 监督码越长， 其能量吞吐率越低。缩短汉明码的能量吞吐率与未编码时的能量吞吐率极为接近， 这是因为其译码能耗可忽略的缘故。

图2 不同信息长度下各编码方式的能量吞吐率

图3中， 纠错能力越强， 最优信息码长越大， 但其对应的最优能耗也越低。这是因为纠错能力延缓了误包率的增大， 使得在较大范围的包长内， 能量吞吐率的增加占有优势。但多余的译码能耗会降低能效。

由图3可以看出， 最大的能效值出现在缩短汉明码， 接近0. 95， 包长约为400， 对比图一， 此时对应的误包率大约在0. 02左右， 在可靠性要求不是很高的场合， 能取得很好的效果， 平衡了能量吞吐率与误包率的要求。

图3 不同信息长度下各编码方式的能效

5 结束语

根据数学推导和仿真结果可以看出， BCH 码确实能在能量有限的无线传感器网络
无线传感器网络

无线传感器网络作为计算、通信和传感器三项技术相结合的产物,是一种全新的信息获取和处理技术。由于近来微型制造的技术、通讯技术及电池技术的改进,促使微小的传感器可具有感应、无线通讯及处理信息的能力。此类传感器不但能够感应及侦测环境的目标物及改变,并且可处理收集到的数据,并将处理过后的资料以无线传输的方式送到数据收集中心或基地台。这些微型传感器通常由传感部件、数据处理部件和通信部件组成,随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成网络。借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声纳、雷达和地震波信号,从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在通信方式上,虽然可以采用有线、无线、红外和光等多种形式,但一般认为短距离的无线低功率通信技术最适合传感器网络使用,一般称作无线传感器网络。

中显着地提高能效， 但一味追求高纠错能力会取得反效果。在典型的通信环境和设备下， 纠错能力为1 的缩短BCH码， 也即是缩短汉明码， 可取得总体最优的效果， 并且存在最优信息长度使得能效最大。在对可靠性要求很严格的应用中， 可考虑使用纠错能力为2- 3位的缩短BCH 码。