18、救援场景下的高效传感器数据收集与弹性通信

救援场景下的高效传感器数据收集与弹性通信

1. 传感器数据收集

1.1 网络编码

网络编码（NC）允许节点传输多个原始数据包组合而成的数据包，而非简单转发接收到的或自身产生的数据包。实际应用中，常使用随机线性网络编码。编码操作涉及有限域上的加法和乘法。一个输出数据包 (Y_{out}) 是节点处可用的 (m) 个编码或未编码数据包 (Y_{i}^{in}) 的随机线性组合，即 (Y_{out} = \sum_{i = 1}^{m}k_{i}Y_{i}^{in})。该数据包也可写成原始数据包 (X_1, \cdots, X_n) 的随机线性组合 (Y_{out} = \sum_{i = 1}^{n} g_{i}X_{i})。在目的地，解码需要知道编码系数 (g_{i})，这些系数可以通过数据包头部传输。当节点接收到足够数量的线性方程时，可通过对编码系数矩阵 (G) 求逆来恢复原始数据 (X)。

1.2 生命线中的数据收集

生命线中的每个节点负责感知周围环境并传播这些测量数据，也可能转发语音消息等其他数据。这里要设计一种编码算法，根据传感器节点的感知范围和通信范围，本地设置合适的传输调度。传感器按固定时间间隔读取数据并广播给邻居节点。节点接收到邻居的数据后，存储并组合这些数据，然后广播新的编码数据包。若检测到危险情况（如高温、高 (CO_2) 浓度、烟雾等），会发送额外消息。算法的目标是找到节点传播这些读数所需的最小传输次数，使每个节点都能恢复感知信息，消防员后续路过节点时可能需要这些读数来判断前进是否安全。此外，节点将感知历史记录在闪存中进行长期数据收集（优先级较低）也是有用的。

需要解决两个主要问题：一是节点的发射和接收范围随发射功