無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)導(dǎo)論

第八章無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)1精選課件課程目錄8.18.2從傳感網(wǎng)到多媒體傳感網(wǎng)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)覆蓋優(yōu)化8.38.48.5視頻編碼

視頻傳輸2精選課件8.1從傳感網(wǎng)到多媒體傳感網(wǎng)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)是在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)只能采集簡單的數(shù)據(jù)，如壓力、濕度、溫度等的根底上引入多媒體信息處理技術(shù)的一種網(wǎng)絡(luò)，這里的多媒體信息處理包括聲音、圖像、視頻等信息的采集、加工、壓縮、傳送等。由于多媒體信息的引入，無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠帶給用戶更為直觀的體驗(yàn)。3精選課件8.1從傳感網(wǎng)到多媒體傳感網(wǎng)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)在繼承無線傳感網(wǎng)特性下，又有新的特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)功能強(qiáng)大控制管理困難能量受限嚴(yán)重4精選課件課程目錄8.18.2從傳感網(wǎng)到多媒體傳感網(wǎng)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)覆蓋優(yōu)化8.38.48.5視頻編碼

視頻傳輸5精選課件8.2無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)8.2.1網(wǎng)絡(luò)組成6精選課件8.2無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)8.2.2通信協(xié)議架構(gòu)7精選課件8.2無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)〔1〕物理層常見的傳輸介質(zhì)包括無線、光介質(zhì)或者紅外等。在普通的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，由于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)較為簡單，因此對帶寬的要求不高。而在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量巨大，因此超寬帶技術(shù)成為主要的研究熱點(diǎn)，尤以基于時(shí)間跳的脈沖無線超寬帶技術(shù)為代表。〔2〕媒介訪問控制層MAC層主要負(fù)責(zé)無線信道的接入，完成通信中點(diǎn)到點(diǎn)的連接。它直接控制著數(shù)據(jù)報(bào)文和控制報(bào)文對無線介質(zhì)的訪問，并為相互競爭的傳感器節(jié)點(diǎn)分配有限的無線信道資源。受資源的限制與外部環(huán)境的影響，設(shè)計(jì)MAC協(xié)議時(shí)需要綜合考慮能量效率、資源分配、業(yè)務(wù)類別等因素。根據(jù)信道使用方法的差異，MAC協(xié)議一般可分為三類：調(diào)度式、競爭式和混合式。調(diào)度式是指節(jié)點(diǎn)按照一定的規(guī)那么依次使用無線信道，競爭式是指節(jié)點(diǎn)通過競爭的方式來使用無線信道，混合式那么是這兩種方法的結(jié)合。從設(shè)計(jì)難度上來看，混合式最為復(fù)雜，但有研究人員認(rèn)為它能夠較好的滿足無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求。另外，在網(wǎng)絡(luò)中混合使用多種MAC協(xié)議也是值得研究的方向。8精選課件8.2無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)〔3〕網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層的任務(wù)是尋找恰當(dāng)?shù)穆窂?，把信息發(fā)送給目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，如把命令發(fā)送給采集節(jié)點(diǎn)、把結(jié)果發(fā)送給會聚節(jié)點(diǎn)等。在普通的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，路由設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)主要以提高能量效率為目標(biāo)。但對于多媒體業(yè)務(wù)而言，提供特定的效勞質(zhì)量保障〔QualityofService，QoS〕是必須要考慮的重要問題，常見的QoS要求包括帶寬、時(shí)延、過失率、抖動等。此外，路由算法的能量效率、可擴(kuò)展性和快速收斂性也是常見的要求。由于業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)的種類繁多，因此并不存在通用的路由機(jī)制與算法。在設(shè)計(jì)路由協(xié)議時(shí)，需要結(jié)合具體的應(yīng)用，對多個(gè)參數(shù)與要求進(jìn)行取舍與折中。在設(shè)計(jì)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議時(shí)，目前常見的技術(shù)手段包括多徑路由、跨層協(xié)作和區(qū)分效勞等。另外，在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)結(jié)合一定的數(shù)據(jù)融合處理也是常用的方法之一。9精選課件8.2無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)〔4〕傳輸層傳輸層的主要作用是提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸效勞。在普通的傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳輸層通常沿用無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的傳輸協(xié)議。傳輸層的研究也并不是很多，主要是對經(jīng)典傳輸協(xié)議進(jìn)行一些修改。在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中，出于提高網(wǎng)絡(luò)效勞質(zhì)量的需要，研究人員對業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性保障和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的可靠性保障研究較多，并已有了一些研究成果發(fā)表?！?〕應(yīng)用層應(yīng)用層通常與具體的應(yīng)用相結(jié)合，以滿足用戶的需求。常見的一些需求包括數(shù)據(jù)查詢、事件告警、實(shí)時(shí)監(jiān)控等。在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中，多媒體業(yè)務(wù)的編解碼是當(dāng)前研究的重點(diǎn)，比較有前景的技術(shù)是分布式編碼。另外，智能查詢、網(wǎng)絡(luò)編碼、數(shù)據(jù)分析也是研究的熱點(diǎn)方向。10精選課件課程目錄8.18.2從傳感網(wǎng)到多媒體傳感網(wǎng)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)覆蓋優(yōu)化8.38.48.5視頻編碼

視頻傳輸11精選課件8.3覆蓋優(yōu)化8.3.1覆蓋優(yōu)化簡介對于監(jiān)控區(qū)域中的某個(gè)點(diǎn)而言，如果它至少能被一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)觀察到，就稱這個(gè)點(diǎn)被網(wǎng)絡(luò)覆蓋了。節(jié)點(diǎn)的監(jiān)控模型普通傳感器網(wǎng)絡(luò)：無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)：12精選課件8.3覆蓋優(yōu)化8.3.1覆蓋優(yōu)化簡介在部署網(wǎng)絡(luò)時(shí)應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)設(shè)計(jì)，使得節(jié)點(diǎn)之間的重疊越少越好。但由于部署方式和監(jiān)控環(huán)境的限制，往往部署時(shí)并不能做到這一點(diǎn)。針對這種情況，我們可以采取一些措施，減少節(jié)點(diǎn)的覆蓋重疊，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控范圍，這個(gè)處理過程就稱為覆蓋增強(qiáng)或覆蓋優(yōu)化。13精選課件8.3覆蓋優(yōu)化三種實(shí)現(xiàn)監(jiān)控范圍擴(kuò)大的方法：調(diào)節(jié)節(jié)點(diǎn)的攝像頭方向調(diào)整節(jié)點(diǎn)的位置同時(shí)改變節(jié)點(diǎn)的位置與方向8.3.1覆蓋優(yōu)化簡介其中，調(diào)整攝像頭角度的方法最為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用。14精選課件8.3覆蓋優(yōu)化8.3.1覆蓋優(yōu)化簡介15精選課件8.3覆蓋優(yōu)化8.3.2覆蓋優(yōu)化問題調(diào)整前覆蓋的點(diǎn)的集合Ps，調(diào)整后覆蓋的點(diǎn)的集合Ps’，監(jiān)控區(qū)域中所有點(diǎn)的集合P。網(wǎng)絡(luò)覆蓋率的增加16精選課件8.3覆蓋優(yōu)化8.3.3覆蓋優(yōu)化方法〔1〕虛擬力方法17精選課件8.3覆蓋優(yōu)化8.3.3覆蓋優(yōu)化方法〔2〕演化計(jì)算方法主要過程：對問題進(jìn)行編碼使用演化算法來查找最優(yōu)解，最優(yōu)解的判定通過公式來完成根據(jù)求出的最優(yōu)解調(diào)整各節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動方向18精選課件8.3覆蓋優(yōu)化8.3.3覆蓋優(yōu)化方法19精選課件課程目錄8.18.2從傳感網(wǎng)到多媒體傳感網(wǎng)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)覆蓋優(yōu)化8.38.48.5視頻編碼

視頻傳輸20精選課件8.4視頻編碼8.4.1視頻編碼簡介21精選課件8.4視頻編碼8.4.1視頻編碼簡介壓縮編碼技術(shù)應(yīng)用的前提是視頻數(shù)據(jù)中存在大量的冗余空間上的冗余時(shí)間上的冗余編碼冗余心理視覺冗余22精選課件8.4視頻編碼8.4.2經(jīng)典的視頻編碼方法MEPG-1MEPG-2MEPG-4MEPG-7H.261H.263H.26423精選課件8.4視頻編碼8.4.3分布式視頻編碼24精選課件8.4視頻編碼8.4.3分布式視頻編碼25精選課件課程目錄8.18.2從傳感網(wǎng)到多媒體傳感網(wǎng)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)覆蓋優(yōu)化8.38.48.5視頻編碼

視頻傳輸26精選課件8.5視頻傳輸8.5.1視頻傳輸簡介效勞質(zhì)量要求多數(shù)據(jù)量大業(yè)務(wù)種類多傳輸視頻數(shù)據(jù)有以下幾個(gè)難點(diǎn)27精選課件8.5視頻傳輸8.5.1視頻傳輸簡介從現(xiàn)有研究來看，在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中解決視頻傳輸問題的思路可以分為兩大類。第一類使用分層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)，在各層協(xié)議中分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，以提高視頻的傳輸質(zhì)量。第二類使用跨層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)，通過對多層協(xié)議進(jìn)行聯(lián)合設(shè)計(jì)和優(yōu)化來提高網(wǎng)絡(luò)的效勞水平。第一類方法的優(yōu)點(diǎn)是協(xié)議的邏輯功能清晰，各層協(xié)議相對對立，設(shè)計(jì)比較簡單。第二類方法的優(yōu)點(diǎn)是有利于層間信息的交流與共享，能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)層次的聯(lián)合優(yōu)化。28精選課件8.5視頻傳輸8.5.2基于分層協(xié)議的視頻傳輸網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層物理層在分層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，每一層協(xié)議都有研究與視頻傳輸相關(guān)。傳輸層MAC層29精選課件8.5視頻傳輸8.5.3基于跨層協(xié)作的視頻傳輸在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議架構(gòu)中，層與層之間存在著較強(qiáng)的相互影響。使用分層設(shè)計(jì)雖然可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)上的簡化，但這樣會導(dǎo)致各層之間存在著較多的信息冗余。另外，各層的設(shè)計(jì)目標(biāo)不一定相同，各自獨(dú)立優(yōu)化時(shí)有可能造成互相沖突的行為發(fā)生，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)整體性能的下降。因此，把協(xié)議的多層聯(lián)合起來進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)不失為一條改善網(wǎng)絡(luò)效勞質(zhì)量的有效途徑。一般而言，跨層設(shè)計(jì)的方法有聯(lián)合優(yōu)化、信息共享和相鄰層融合三種。本章將完整地介紹一種面向無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的視頻傳輸方案。該方案稱為CMVT〔Cross-l