13、传感器网络的联合源信道解码ASIP架构

传感器网络的联合源信道解码ASIP架构

1. 引言

在过去十年里，科学界对传感器网络的研究兴趣急剧上升。传感器网络由密集部署在特定地理区域的传感器组成，数据会传输到相邻节点或一个收集所有传感器信息的共同目的地，本文聚焦于后者这种集中式传感器网络。

由于网络中节点密度高且物理距离近，不同传感器收集的数据可能存在相关性。利用这种相关性，能在一定性能和复杂度水平下降低传输所需能量。即便源之间无通信，只要解码器知晓源之间的相关性，依据Slepian和Wolf定理，也可进行分布式压缩。

然而，当传感器到共同接收器的信道存在噪声时，每个节点需添加可控冗余（即应用前向纠错或信道编码技术）来对抗信道引入的错误。在复杂度不是问题的情况下，源（压缩）和信道编码方案的单独设计是最优解（分离定理）。

传感器网络中的传感器属于复杂嵌入式系统，需设计小型、低功耗、低成本的收发器、传感和处理单元。实际上，通信是传感器网络节点硬件中最耗电和占面积的元素之一，因此高效的硬件策略对实现良好性能至关重要。一方面，功耗大的通用处理器无法满足无线系统的约束；另一方面，新亚微米技术的高成本和低设计生产率使ASIC设计成为极其昂贵的解决方案。所以，需要能将架构与应用匹配的特殊架构，专用指令集处理器（ASIP）为此类问题提供了有吸引力的解决方案：其一，可运行多个应用，且允许同一应用的不同版本；其二，与ASIC相比，使用ASIP的应用开发者能缩短上市时间、降低成本和风险。此外，ASIP架构可减轻与可编程性（标准处理器）相关的功耗开销，特别是专用性强的ASIP。

本文提出一种用于集中式传感器网络的新型专用处理器架构，具体为双簇超长指令字（VLIW）处理器，它在迭代方案中实现联合源信道软输入软输出（S