無線多媒體傳感器網(wǎng)絡

無線傳感器網(wǎng)絡技術導論

第八章無線多媒體傳感器網(wǎng)絡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)絡的體系結構覆蓋優(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)絡是在無線傳感器網(wǎng)絡只能采集簡單的數(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的一種網(wǎng)絡，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)絡能夠帶給用戶更為直觀的體驗。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)絡在繼承無線傳感網(wǎng)特性下，又有新的特點：節(jié)點功能強大控制管理困難能量受限嚴重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)絡的體系結構覆蓋優(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)絡的體系結構8.2.1網(wǎng)絡組成6精選課件8.2無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的體系結構8.2.2通信協(xié)議架構7精選課件8.2無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的體系結構〔1〕物理層常見的傳輸介質包括無線、光介質或者紅外等。在普通的傳感器網(wǎng)絡中，由于業(yè)務數(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)絡中，業(yè)務數(shù)據(jù)量巨大，因此超寬帶技術成為主要的研究熱點，尤以基于時間跳的脈沖無線超寬帶技術為代表?！?〕媒介訪問控制層MAC層主要負責無線信道的接入，完成通信中點到點的連接。它直接控制著數(shù)據(jù)報文和控制報文對無線介質的訪問，并為相互競爭的傳感器節(jié)點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，設計MAC協(xié)議時需要綜合考慮能量效率、資源分配、業(yè)務類別等因素。根據(jù)信道使用方法的差異，MAC協(xié)議一般可分為三類：調度式、競爭式和混合式。調度式是指節(jié)點按照一定的規(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合。從設計難度上來看，混合式最為復雜，但有研究人員認為它能夠較好的滿足無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的需求。另外，在網(wǎng)絡中混合使用多種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)絡的體系結構〔3〕網(wǎng)絡層網(wǎng)絡層的任務是尋找恰當?shù)穆窂?，把信息發(fā)送給目標節(jié)點，如把命令發(fā)送給采集節(jié)點、把結果發(fā)送給會聚節(jié)點等。在普通的傳感器網(wǎng)絡中，路由設計的出發(fā)點主要以提高能量效率為目標。但對于多媒體業(yè)務而言，提供特定的效勞質量保障〔QualityofService，QoS〕是必須要考慮的重要問題，常見的QoS要求包括帶寬、時延、過失率、抖動等。此外，路由算法的能量效率、可擴展性和快速收斂性也是常見的要求。由于業(yè)務與數(shù)據(jù)的種類繁多，因此并不存在通用的路由機制與算法。在設計路由協(xié)議時，需要結合具體的應用，對多個參數(shù)與要求進行取舍與折中。在設計無線多媒體傳感器網(wǎng)絡路由協(xié)議時，目前常見的技術手段包括多徑路由、跨層協(xié)作和區(qū)分效勞等。另外，在轉發(fā)數(shù)據(jù)時結合一定的數(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)絡的體系結構〔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)絡中，傳輸層通常沿用無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡的傳輸協(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)議進行一些修改。在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中，出于提高網(wǎng)絡效勞質量的需要，研究人員對業(yè)務的實時性保障和關鍵數(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?！?〕應用層應用層通常與具體的應用相結合，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、實時監(jiān)控等。在無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中，多媒體業(yè)務的編解碼是當前研究的重點，比較有前景的技術是分布式編碼。另外，智能查詢、網(wǎng)絡編碼、數(shù)據(jù)分析也是研究的熱點方向。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)絡的體系結構覆蓋優(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)域中的某個點而言，如果它至少能被一個傳感器節(jié)點觀察到，就稱這個點被網(wǎng)絡覆蓋了。節(jié)點的監(jiān)控模型普通傳感器網(wǎng)絡：無線多媒體傳感器網(wǎng)絡：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)絡時應進行仔細設計，使得節(jié)點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，往往部署時并不能做到這一點。針對這種情況，我們可以采取一些措施，減少節(jié)點的覆蓋重疊，擴大網(wǎng)絡的監(jiān)控范圍，這個處理過程就稱為覆蓋增強或覆蓋優(yōu)化。13精選課件8.3覆蓋優(yōu)化三種實現(xiàn)監(jiān)控范圍擴大的方法：調節(jié)節(jié)點的攝像頭方向調整節(jié)點的位置同時改變節(jié)點的位置與方向8.3.1覆蓋優(yōu)化簡介其中，調整攝像頭角度的方法最為經(jīng)濟和實用。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)化問題調整前覆蓋的點的集合Ps，調整后覆蓋的點的集合Ps’，監(jiān)控區(qū)域中所有點的集合P。網(wǎng)絡覆蓋率的增加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〕演化計算方法主要過程：對問題進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)解調整各節(jié)點的轉動方向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)絡的體系結構覆蓋優(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應用的前提是視頻數(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)絡的體系結構覆蓋優(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量要求多數(shù)據(jù)量大業(yè)務種類多傳輸視頻數(shù)據(jù)有以下幾個難點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)絡協(xié)議架構，在各層協(xié)議中分別進行設計和優(yōu)化，以提高視頻的傳輸質量。第二類使用跨層的網(wǎng)絡協(xié)議架構，通過對多層協(xié)議進行聯(lián)合設計和優(yōu)化來提高網(wǎng)絡的效勞水平。第一類方法的優(yōu)點是協(xié)議的邏輯功能清晰，各層協(xié)議相對對立，設計比較簡單。第二類方法的優(yōu)點是有利于層間信息的交流與共享，能夠實現(xiàn)多個層次的聯(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)絡層應用層物理層在分層網(wǎng)絡協(xié)議中，每一層協(xié)議都有研究與視頻傳輸相關。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)絡的協(xié)議架構中，層與層之間存在著較強的相互影響。使用分層設計雖然可以實現(xiàn)設計上的簡化，但這樣會導致各層之間存在著較多的信息冗余。另外，各層的設計目標不一定相同，各自獨立優(yōu)化時有可能造成互相沖突的行為發(fā)生，從而導致網(wǎng)絡整體性能的下降。因此，把協(xié)議的多層聯(lián)合起來進行考慮和設計不失為一條改善網(wǎng)絡效勞質量的有效途徑。一般而言，跨層設計的方法有聯(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)絡的視頻傳輸方案。該方案稱為CMVT〔Cross-l