無線傳感網(wǎng)視頻流傳輸?shù)膬?yōu)化研究.pdf

1、隨著CMOS技術(shù)的快速發(fā)展，大量嵌入了單芯片相機(jī)的視覺傳感器流入了市場。由視覺傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)視頻流的傳輸，為視頻監(jiān)控等相關(guān)領(lǐng)域提供了更為可靠、豐富的技術(shù)支撐。人們可以更全面、更直觀的對(duì)監(jiān)控現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)控。但傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)資源有限，以及視頻傳輸數(shù)據(jù)量大、業(yè)務(wù)種類豐富、業(yè)務(wù)要求高等特點(diǎn)給無線傳感器網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻流帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，在這種資源受限的新型無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)化視頻流傳輸是一項(xiàng)具有現(xiàn)實(shí)意義的研究課題。<

2、br>　　本文在研究了國內(nèi)外無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中視頻流傳輸相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)之上，利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化方法實(shí)現(xiàn)了傳輸視頻質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)壽命兩個(gè)優(yōu)化目標(biāo)之間的平衡。主要的研究工作如下：
　　1）基于改進(jìn)對(duì)偶次梯度算法傳輸視頻質(zhì)量的優(yōu)化問題。在考慮鏈路間干擾以及鏈路容量受限的情況下，將用戶對(duì)視頻的感知度作為網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化目標(biāo)。由于該問題是一個(gè)非光滑優(yōu)化問題，一般可采用對(duì)偶次梯度算法對(duì)其進(jìn)行求解，但傳統(tǒng)對(duì)偶次梯度算法對(duì)步長參數(shù)敏感，將導(dǎo)致算法收斂速度慢甚至不收

3、斂問題。針對(duì)這一問題，本文提出了一種改進(jìn)對(duì)偶次梯度算法。改進(jìn)對(duì)偶次梯度算法采用了平滑技術(shù)，得到拉格朗日函數(shù)的平滑近似函數(shù)，然后通過更新兩個(gè)子序列得到拉格朗日乘子的更新，避免了傳統(tǒng)對(duì)偶次梯度算法的步長調(diào)整。通過Matlab仿真驗(yàn)證了改進(jìn)對(duì)偶次梯度算法具有很好的收斂性，并且比傳統(tǒng)對(duì)偶次梯度算法的收斂速度快。
　　2）無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量能量有限的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的能量耗盡，可能導(dǎo)致整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，從而縮短網(wǎng)絡(luò)

4、的生命周期。另外，視頻數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)傳輸量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的標(biāo)量數(shù)據(jù)，視覺傳感器節(jié)點(diǎn)需要消耗更多的能量對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、接收和轉(zhuǎn)發(fā)。因此，本文研究了在鏈路干擾和鏈路容量約束以及能量受限情況下傳輸視頻質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)壽命的聯(lián)合優(yōu)化問題。在該問題模型中通過引入折中因子來權(quán)衡網(wǎng)絡(luò)壽命和傳輸視頻質(zhì)量相對(duì)重要程度，并引入映射參數(shù)保證兩個(gè)目標(biāo)函數(shù)在同一數(shù)量級(jí)上。模型建立后，建立相關(guān)問題的對(duì)偶問題，并利用可分布式執(zhí)行的改進(jìn)對(duì)偶次梯度算法對(duì)其求解。Matlab

5、仿真結(jié)果表明：該算法可以快速收斂到聯(lián)合優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解。實(shí)現(xiàn)了提高傳輸視頻質(zhì)量的同時(shí)并且盡量延長網(wǎng)絡(luò)的壽命的目的，從而改善了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能。
　　3）在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，基于單路徑的視頻傳輸可能造成網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載不均衡，導(dǎo)致某些視覺傳感器節(jié)點(diǎn)能量提前耗盡，以及某些無線鏈路出現(xiàn)擁塞。進(jìn)而縮短了網(wǎng)絡(luò)生存周期，造成傳輸延時(shí)，以及剩余能量不均衡等問題。針對(duì)該缺點(diǎn)，本文提出了多路徑情況下傳輸視頻質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)壽命聯(lián)合優(yōu)化問題模型。該模型考慮了鏈