Reachback communication in wireless sensor networks

This dissertation is concerned with a communications scenario in which a large number of sensor nodes, deployed on a field, take local measurements of some physical process and cooperate to send back the collected data to a far receiver. The first part considers the problem of communicating multiple correlated sources over independent channels and with partial cooperation among encoders, and provides a set of coding theorems that give a complete characterization of the conditions on the sources and the channels under which reliable communication is possible. A key insight from these results is that for a large class of networks separate source and channel coding provides an optimal system architecture. The second part presents new contributions for the long-standing multiterminal source coding problem. Finally, the third part assumes that the sensor nodes use very simple encoders and focuses on the design of practical decoding algorithms under given complexity constraints. Zusammenfassung Diese Arbeit betrachtet einige Aspekte der Kommunikation zwischen verteilten Sensorknoten, die gemessene Werte versenden, und einem entfernten Empfänger, der die Daten weiterverarbeitet. Zuerst werden die theoretischen Grenzen für die kooperative Übertragung von korrelierten Quellen über statistisch unabhängige Kanäle bestimmt. Dies erfolgt durch eine Reihe von Codierungstheoremen, die hinreichende und notwendige Bedingungen für nahezu fehlerfreie Kommunikation angeben. Eine wichtige Erkenntnis dieser Arbeit ist, dass für viele nicht triviale Netzwerke getrennte Quellenund Kanalcodierung eine optimale Systemarchitektur anbietet. Als zweiter Schritt wird eine Verzerrung der Daten mitberücksichtigt, was zu einem lange offenen Problem der Rate-Distortion Theorie führt. Auch hierfür werden neue Ergebnisse präsentiert. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf von praktischen Decodierungsalgorithmen unter Einschränkung der algorithmischen Komplexität.