多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中若干算法研究.pdf

1、隨著制造工業(yè)的同益進(jìn)步、傳感器網(wǎng)絡(luò)廣泛深入的應(yīng)用和用戶(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)具有多媒體功能的迫切需求,多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)受到前所未有的關(guān)注。它具有采集信息豐富、數(shù)據(jù)通信量巨大、各處理單元能耗相當(dāng)?shù)葌€(gè)性特點(diǎn)。正是這些特點(diǎn),使得傳統(tǒng)標(biāo)量無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究成果難以直接移植到多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)之中。在多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的各分支研究中,時(shí)間同步、路由協(xié)議和圖像壓縮都屬于它的關(guān)鍵技術(shù)。其中,時(shí)間同步是任何分布式處理系統(tǒng)的支撐技術(shù)。精確的時(shí)間同步是實(shí)現(xiàn)傳感器

2、網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作、定位、移動(dòng)目標(biāo)跟蹤等技術(shù)的基礎(chǔ)。地理路由具有分布式?jīng)Q策、復(fù)雜度低、可擴(kuò)展性強(qiáng)和能量相對(duì)高效等優(yōu)點(diǎn)。因此,它被認(rèn)為是最有希望和可能解決多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)路由問(wèn)題的技術(shù)之一。多媒體節(jié)點(diǎn)強(qiáng)大的采集能力,導(dǎo)致數(shù)據(jù)量驟增,對(duì)節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)、傳輸帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。圖像壓縮是節(jié)省存儲(chǔ)空間、減少數(shù)據(jù)通信量和節(jié)約帶寬的重要技術(shù)之一。它間接影響網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍、生命周期和工作效率。本文主要圍繞時(shí)間同步、地理路由和圖像壓縮三個(gè)方面開(kāi)展研究。
　　

3、 多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)時(shí)間同步算法在能耗方面要求更高效、在同步精度方面要求更精確。目前針對(duì)時(shí)間同步和測(cè)距的研究基本都是獨(dú)立開(kāi)展,即使有聯(lián)合研究,也是在時(shí)間同步的基礎(chǔ)上,討論測(cè)距或定位問(wèn)題。事實(shí)上,時(shí)間同步和節(jié)點(diǎn)測(cè)距都需要消息交換。基于這一共性,本文提出了一種基于測(cè)距的時(shí)間同步算法,協(xié)同實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步和節(jié)點(diǎn)測(cè)距,它具有能耗低和同步精度高等特點(diǎn)。首先,逆向分析時(shí)間同步和節(jié)點(diǎn)測(cè)距之間的關(guān)系。接著,提出基于測(cè)距的時(shí)間同步算法原理和算法步驟。在

4、同步方面,該算法可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)同步以及外同步;在測(cè)距方面,該算法可實(shí)現(xiàn)相對(duì)測(cè)距和絕對(duì)測(cè)距。然后,對(duì)算法在通信量和收斂時(shí)間方面進(jìn)行了理論分析。最后,從消息交換量、同步精度、魯棒性等幾個(gè)方面驗(yàn)證了該算法較TPSN(timing-sync protocol for sensor networks)和RBS(reference broadcastsynchronization)有一定優(yōu)勢(shì)。
　　 現(xiàn)有的地理路由算法主要集中于研究如何使單包傳

5、輸時(shí)的路由性能最優(yōu)。在多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中,一次通信的數(shù)據(jù)量較大,如何聯(lián)合信源數(shù)據(jù)特征進(jìn)行路由是一種新的路由方式。通過(guò)分析多媒體無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中采集的數(shù)據(jù)流特征,本文提出了漸進(jìn)優(yōu)化的地理路由算法。其設(shè)計(jì)的創(chuàng)新之處是:不再以路由一個(gè)包的路由性能作為設(shè)計(jì)目標(biāo),而是將一次會(huì)話(huà)中所有交互數(shù)據(jù)作為整體,使得平均每包傳輸?shù)穆酚尚阅茏顑?yōu)。通過(guò)利用先行包在路由方面的參考信息以?xún)?yōu)化后續(xù)包的路由,實(shí)現(xiàn)邊路由邊優(yōu)化。該算法具有收斂于最短路徑、可嵌入其它地理

6、路由算法中的優(yōu)點(diǎn)。本文以將漸進(jìn)優(yōu)化思想應(yīng)用于GPSR(greedy perimeter statelessrouting)為例,驗(yàn)證了該路由算法能夠有效地減少GPSR協(xié)議在周邊轉(zhuǎn)發(fā)模式中由于繞道產(chǎn)生的跳數(shù),平均路由跳數(shù)性能有明顯改善。
　　 在圖像壓縮方面,首先對(duì)現(xiàn)有的基于小波變換的嵌入式編碼算法進(jìn)行了總結(jié),分析了各算法的優(yōu)缺點(diǎn)。然后,在深入分析經(jīng)典壓縮算法SPIHT(Set Partitioning InHierarchica