無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)發(fā)展迅速,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)日益成熟。為了滿足在復(fù)雜多變的監(jiān)測(cè)環(huán)境中人們對(duì)信息獲取的需求,將圖像、音頻、視頻等多媒體信息引入到傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中成為迫切需求,無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessMultimedia Sensor Networks,WMSNs)開始走進(jìn)人們的視野并逐漸受到研究者的重視,作為一種新的概念系統(tǒng),其研究具有很強(qiáng)的理論意義和實(shí)用價(jià)值。
　　 無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中,傳輸?shù)闹饕切畔⒘烤?/p>

2、大的音/視頻等多媒體數(shù)據(jù),保證在無線鏈路上持續(xù)傳輸多媒體數(shù)據(jù)的信道帶寬需求,同時(shí)在節(jié)點(diǎn)能力有限的情況下保障多媒體業(yè)務(wù)傳輸?shù)母哔|(zhì)量要求是網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。媒體訪問控制(Medium Access Control,MAC)層是無線信道上所有數(shù)據(jù)報(bào)文和控制消息進(jìn)行發(fā)送和接收的直接控制者,解決網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)以怎樣的規(guī)則共享信道以保證滿意的網(wǎng)絡(luò)性能問題。MAC層能否高效地使用無線信道是實(shí)現(xiàn)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的關(guān)鍵因素之一。
　　 圍繞

3、MAC層關(guān)鍵技術(shù)研究的問題,本文結(jié)合無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),詳細(xì)分析現(xiàn)有傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層技術(shù)應(yīng)用到WMSN的不足與可行性,分別對(duì)適于多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)簇頭競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制、信道接入的退避算法以及信道接入方式進(jìn)行了相應(yīng)研究。
　　 由于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種全新的概念系統(tǒng),目前仍無具體針對(duì)其的MAC層協(xié)議,本文從信道接入技術(shù)、MAC調(diào)度、差錯(cuò)控制以及數(shù)據(jù)包大小四個(gè)方面深入分析了現(xiàn)有傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議,探討了這些

4、協(xié)議應(yīng)用到無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)存在的主要問題及可行性,展望了進(jìn)一步的研究方向。
　　 MAC層實(shí)現(xiàn)高效合理的信道分配與基于怎樣的簇結(jié)構(gòu)緊密相連。本文針對(duì)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求,提出了一種基于剩余能量與傳輸距離的自適應(yīng)周期分布式簇頭競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制——ARDCH機(jī)制,機(jī)制采用一種基于地理位置的分簇方式,通過綜合考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量以及通信代價(jià)選舉簇頭,同時(shí)根據(jù)剩余能量來動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)簇頭的工作周期,均衡網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)能耗,延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期,同時(shí)采用多信

5、道簇間通信,避免簇間干擾。ADRCH分簇機(jī)制分簇穩(wěn)定,能量消耗低且有效平衡簇內(nèi)節(jié)點(diǎn)的能量消耗,顯著延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)完整存活時(shí)間,同時(shí)保證了網(wǎng)絡(luò)基本生存周期,相較于其它分簇協(xié)議更為適合多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求。
　　 傳感器網(wǎng)絡(luò)是面向應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò),大多數(shù)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中除了存在實(shí)時(shí)性敏感的多媒體業(yè)務(wù)流之外仍存在其它非實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)流,當(dāng)實(shí)際應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)突發(fā)視頻、音頻流量不大時(shí),應(yīng)用基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC層信道接入?yún)f(xié)議,仍能較好的處理應(yīng)用要求。如何改進(jìn)

6、基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議,使其能處理多種業(yè)務(wù)傳輸要求,其關(guān)鍵問題在于如何改進(jìn)協(xié)議退避算法,使其具有區(qū)分服務(wù)的功能。文章提出了服務(wù)區(qū)分動(dòng)態(tài)退避算法——SDDB算法,通過對(duì)優(yōu)先級(jí)不同的業(yè)務(wù)采用不同的退避方式,實(shí)現(xiàn)合理退避及業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)區(qū)分服務(wù),保障優(yōu)先級(jí)高的業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)傳輸,有效避免二次沖突,支持突發(fā)業(yè)務(wù)流傳輸,同時(shí)不顯著降低網(wǎng)絡(luò)吞吐量,更適合多種業(yè)務(wù)并存的無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)。
　　 多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)類型多樣,如何針對(duì)不同的業(yè)務(wù)類型提

7、供區(qū)分服務(wù)實(shí)現(xiàn)QoS保障,同時(shí)不顯著增大傳輸能耗,并能延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存周期是信道接入?yún)f(xié)議解決的關(guān)鍵問題。文章提出了一種適于多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)提供區(qū)分服務(wù)的多信道接入?yún)f(xié)議——DSMAC協(xié)議,將幀分為自由競(jìng)爭(zhēng)與TDMA調(diào)度階段,對(duì)于實(shí)時(shí)性要求高的業(yè)務(wù),通過簇內(nèi)TDMA調(diào)度實(shí)現(xiàn)快速接入,避免節(jié)點(diǎn)間碰撞重傳以降低延遲,同時(shí)減少能耗延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生命周期;對(duì)于實(shí)時(shí)性要求低的業(yè)務(wù),基于LatinSquare進(jìn)行退避,在自由競(jìng)爭(zhēng)階段接入信道;此外,突發(fā)業(yè)務(wù)在幀內(nèi)