無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)目標(biāo)環(huán)境進(jìn)行全面多媒體監(jiān)控的需求和圖像傳感器、CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)相機(jī)以及麥克風(fēng)等能夠無(wú)所不在地從環(huán)境中捕獲多媒體內(nèi)容的廉價(jià)微型硬件孕育了無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wirless Multimedia Sensor Networks，WMSNs)的產(chǎn)生和快速發(fā)展，作為一種新型的傳感器網(wǎng)絡(luò)，近年來(lái)，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度關(guān)注。WMSNs由裝備圖

2、像傳感器、攝像機(jī)、麥克風(fēng)以及其它傳感器，可以產(chǎn)生多媒體信息的傳感器節(jié)點(diǎn)組成，這些具有計(jì)算、存儲(chǔ)和通信能力的多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式形成分布式感知網(wǎng)絡(luò)，具備協(xié)作地感知、檢索、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)音頻、視頻、靜態(tài)圖像、數(shù)值數(shù)據(jù)等多媒體信息的能力。大部分傳統(tǒng)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Networks，WSNs)測(cè)量溫度、濕度、光強(qiáng)、目標(biāo)位置等數(shù)值物理現(xiàn)象，而WMSNs與之最大不同在于更多關(guān)注于音、視頻、靜態(tài)圖像

3、等大數(shù)據(jù)量、大信息量媒體信息的采集和處理，各個(gè)功能層次上都需要新的解決關(guān)鍵問(wèn)題的技術(shù)和方法。
　　 同傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)類(lèi)似，能耗問(wèn)題是無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中最受關(guān)注的基礎(chǔ)問(wèn)題之一，甚至比傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)受關(guān)注的程度更高。一般而言，節(jié)點(diǎn)都是依靠電池供電的設(shè)備，而多媒體應(yīng)用則需要網(wǎng)絡(luò)具備更高的數(shù)據(jù)傳輸速率和更強(qiáng)的處理能力，并將產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)量。為有效降低能量消耗，我們?cè)谌娣治鰺o(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗來(lái)源與產(chǎn)生原因的基礎(chǔ)上，

4、針對(duì)多媒體信息傳感、信息處理和信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，提出一種基于層間協(xié)作的無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能體系，并在此基礎(chǔ)上，分別研究無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能定位方法、節(jié)能覆蓋與控制方案、休眠調(diào)度機(jī)制以及面向能量?jī)?yōu)化的信息處理與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。并最終實(shí)現(xiàn)一種無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)與多類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)融合接入系統(tǒng)。
　　 論文工作和貢獻(xiàn)主要包括以下幾個(gè)方面：
　　 (1)提出了基于LQI(Link Quality Instruction，鏈路質(zhì)量指

5、示)差值的節(jié)能定位方法，通過(guò)鄰居信標(biāo)節(jié)點(diǎn)的交互，獲取相應(yīng)的路徑損耗因子，并根據(jù)信標(biāo)節(jié)點(diǎn)和待定位節(jié)點(diǎn)間的不同鏈路質(zhì)量值之差，利用極大似然估計(jì)實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度高精度定位。同時(shí)，構(gòu)建了一種基于類(lèi)螺旋狀信標(biāo)移動(dòng)模型的單信標(biāo)移動(dòng)定位方案，降低了定位過(guò)程中的能耗開(kāi)銷(xiāo)，并利用移動(dòng)信標(biāo)實(shí)現(xiàn)多媒體傳感節(jié)點(diǎn)的方向角度定位。
　　 (2)在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)定向感知模型的基礎(chǔ)上，研究其節(jié)能覆蓋與優(yōu)化方案。分別提出基于貪婪算法和Voronoi圖的多媒體節(jié)點(diǎn)傳

6、感方向調(diào)整方案。此外，為有效降低無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗，提出一種基于多目標(biāo)遺傳優(yōu)化的節(jié)能覆蓋方法。以節(jié)點(diǎn)不同開(kāi)啟順序建立個(gè)體基因組，采用雙交叉和最優(yōu)基因組變異保留并不斷產(chǎn)生優(yōu)秀個(gè)體，在保證網(wǎng)絡(luò)覆蓋度要求的同時(shí)，開(kāi)啟盡可能少的節(jié)點(diǎn)。
　　 (3)給出了多媒體節(jié)點(diǎn)能耗預(yù)測(cè)模型，并在此基礎(chǔ)上提出一種基于生命期劃分的節(jié)能數(shù)據(jù)傳輸策略。通過(guò)能耗判定建立多層簇，并在保證能耗均衡的基礎(chǔ)上劃分節(jié)點(diǎn)生命期，同時(shí)利用節(jié)點(diǎn)工作狀態(tài)輪轉(zhuǎn)，進(jìn)一步延長(zhǎng)了

7、網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。此外，還設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于相對(duì)信息熵的多媒體信息融合方法和基于相鄰節(jié)點(diǎn)重疊區(qū)域判定的WMSNs休眠調(diào)度方案。
　　 (4)提出一種多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能數(shù)據(jù)采樣與傳輸方法。通過(guò)可變采樣粒度的周期性傳感，降低采樣能耗。同時(shí)，基于色塊匹配，進(jìn)一步降低了數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)銷(xiāo)。此外，對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)壓縮代價(jià)進(jìn)行評(píng)估，使其以最小的能量代價(jià)傳輸數(shù)據(jù)，并根據(jù)多媒體事件流規(guī)律，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間。最后，提出一種多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中的多路徑傳輸方法。綜合