无线多媒体传感器网络路由协议研究

曹 兴 波

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

无线多媒体传感器网络路由协议研究

曹 兴 波

(河北建筑工程学院，河北 张家口 075000)

随着计算机网络技术的发展，为了适应多媒体数据流的传输的需要，近年来提出了无线多媒体传感器网络路由协议.本文对无线多媒体传感器网络路由协议对QOS的需求进行了简单的分析，并对无线多媒体传感器网络路由协议设计思想和无线多媒体传感器网络体系结构建立进行了研究，最后对无线多媒体传感器网络路由协议中的典型协议进行了阐述.

无线传感器网络；多媒体；路由协议；网络技术

0 引 言

由于受复杂环境监测的影响，无线传感器网络在监测过程中获取的简单的数据不能满足人们对环境监测的实际需求，所以在物理环境监测中急需把内容丰富的图像视频等多媒体信息引入到监测数据中来，使信息监测达到全面、准确的标准来适应环境监测的需要.尤其在传感器硬件技术飞快发展的今天，对传感器设备的设计成本更低.无线多媒体传感器网络是一个新的研究课题，这个领域的研究越来越受到研究人员的关注，无线多媒体传感器网络技术可以在军事、航天和工业等多个领域被广泛应用.无线多媒体传感器网络路由协议是传统的无线传感器网络路由协议发展的延伸，传统的无线传感器网络路由协议具有自组性和协同性等特点，无线传感器网络路由协议节点的数量比较多，没有统一的编址.网络结构的功能设计上主要是面向具体的应用，网络拓扑结构变化比较频繁，而且网络通信链路的QOS比较差.

1 无线多媒体传感器网络的QOS需求分析

国内外对传统的无线传感器网络路由协议的研究比较多，传统的无线传感器网络路由协议中节点能量受限问题导致不能满足网络数据流传输发展需求，而无线多媒体传感器网络路由协议可以通过降低通信能量损耗等方式解决传统无线传感器网络存在的问题.无线多媒体传感器网络服务质量QOS可以实现对路由协议进行控制的目的.在无线多跳传感器网络环境中，多媒体数据流通过QOS保障的路径进行传输，QOS保障作为路由协议的首要目标可以满足多媒体业务的需求.在传统的无线传感器网络中，QOS只是为了满足简单数据传输的需要，传统的无线传感器网络不支持多媒体业务数据流传输.无线多媒体传感器网络在网络体系结构的设计上采用音频视频传感器硬件设备在物理层对多媒体数据进行采集；在网络通信层通过通信协议为多媒体业务提供QOS保障；在应用层无线多媒体传感器网络采用数据编码技术和压缩技术作为技术保障.无线多媒体传感器网络为多媒体业务提供全方面的QOS保障.无线多媒体传感器网络路由协议的服务质量QOS是通过数据传输性能网络参数进行表示的，这些参数都是通过测量得到的，比如网络生存时间参数是网络初始化开始到第一个节点能量耗尽的这段时间，或者一个网络连通开始到节点能量耗尽导致网络断开的这段时间；时延参数和抖动参数一样是无线多媒体传感器网络的实时参数；带宽参数是带宽性能的数据，带宽的合理使用可以提高网络数据流的传输速度；吞吐率是网络运行性能的一个衡量的标准；分组丢失率是在一定的时间段内，信宿收到的数据分组数和信源发出分组数的比值；可靠性参数是QOS重要的保障参数.

2 无线多媒体传感器网络路由协议设计研究

2.1 无线多媒体传感器网络设计原则

无线多媒体传感器网络路由协议除了具备传统的无线传感器网络路由协议的特点外，还具有自己本身的特点，无线多媒体传感器网络本身具有以下特点，无线多媒体传感器网络路由协议在QOS的控制保障方面要求比较很高；无线多媒体传感器网络中多媒体数据传输量比较大，节能问题也是我们要解决的首要问题；无线多媒体传感器网络音频和视频数据流模型具有多媒体数据流的特征；

无线多媒体传感器网络路由协议的首要目标是提供QOS控制保障，在提供QOS控制保障的基础上对网络生存时间进行优化，设计原则在吓一跳的路由选择策略上采用局部路由，无线多媒体传感器网络编址是不统一的，部署的节点数比较多，对路由协议的使用要尽量选择不需要全局状态信息的端到端路由状态的路由协议，尽量选择局部分布式路由协议，这样可以满足网络拓扑结构变化的需要和节点移动性的需求.

2.2 无线多媒体传感器网络设计策略

连续型数据传输策略是数据传输策略中的一种，连续型数据传输策略的数据传输过程中传感数据是以不变的速度从节点传感器向汇聚节点发送，在整个传输过程中能耗比较大，不适合无线多媒体传感器网络的多媒体数据的传输，所以无线多媒体传感器网络在多媒体网络通信数据传输策略要选择事件驱动的方式或者基于查询的方式进行数据传输.全局或者局部网络状态策略，路由协议负责寻找将数据从信源地传输到信宿地的一条路径，而一条路径是由多条链路构成，具有QOS保障的路径必须掌握每条链路的状态信息，对优化的路径的选择要根据可加性和最小性的约束条件来选择.在传统的IP网络中我们获取全局状态信息是以路由信息的交换为根据的.节点间局部通信策略，在无线多媒体传感器网络中，路由方式以数据为中心利用节点间的局部通信进行数据融合，这样可以对相关的数据进行压缩，减少了数据实际传输量，从而达到减少节点能耗的目的.多路径策略是在信源和信宿之间建立多跳路径，在多条路径中实现数据的并发传输，或者根据函数计算出优化的路径在进行数据传输，也根据优先级的顺序选择数据传输的不同的QOS保障的路径，这样可以提供路径QOS保障服务.多路径是比较好的设计策略，但是多路径的搜索对计算的处理能力要求比较高，都是在复杂的计算环境下完成的.无线多媒体传感器网络在很多情况下需要对信息的地理位置进行确定，对移动的目标进行检查，这样检测到的目标才具有实际的意义.在路由选择中根据地理位置信息来进行选择是可行的并且有效的，路径通过地理位置信息进行选择具有导向性，对多跳短距离的路由进行优化，从而减少时延节约能量损耗.局部的地理位置信息可以实现通过少量的局部通信就可以获取大量的信息，而且也改变了全局网络状态的存储方式，所以基于地理位置信息策略非常适合无线多媒体传感器网络设计.

2.3 无线多媒体传感器网络体系结构

在通信网络中，路由协议占有很重要的位置，路由协议的目的是建立数据传输路径，并且对数据传输路径进行维护，路由协议一直是作为通信网络协议研究中的重点内容.无线多媒体传感器网络及路由体系结构图如图1所示.

图1 无线多媒体传感器网络及路由体系结构图

无线多媒体传感器网络在感知能力上要比传统的无线传感器网络丰富，可以提供多种服务种类，无线多媒体传感器网络在提供多媒体数据流的服务业务如音频和视频的传送，都需要带宽、时延和可靠性等参数的支持，所以在通信网络中，多媒体数据流通信需要无线多媒体传感器网络为其提供QOS保障控制的路由协议.无线多媒体传感器网络的路由协议是无线多跳传感器路由协议，在本质上对路由协议的QOS起到保障控制的作用.

无线多媒体传感器网络路由协议QOS保障控制，为无线多媒体传感器网络多媒体通信业务提供有服务保障传输通信路径.无线多媒体传感器网络通信协议重要内容是QOS控制路由协议，QOS控制路由协议是无线多媒体传感器网络体系结构的重要组成部分，也是无线多媒体传感器网络中使用的关键技术.在多媒体通信业务中，无线多媒体传感器网络路由协议必须提供QOS控制保障；提供抖动和时延的实时性约束；提供连通性的可靠性保障；延长网络寿命，对节点能源消耗也可以起到节省的保障作用；对其他QOS也会提供保障服务.在无线多媒体传感器网络中，对具有QOS保障控制的路由协议的研究具有一定的理论价值，在网络通信的实际应用中也具有应用的意义.

3 典型无线多媒体传感器网络路由协议研究

SAR协议是提供QOS保障的多路径备用协议，SAR协议是基于QOS保障的无线传感器网络路由协议，SAR协议的参数是数据包的优先级和路由路径的能量，路由时对优化路径的选择是以能量参数和QOS参数为依据的.吐过路由路径出现问题，可以通过其他的路径进行路由恢复.SAR协议路由表比较复杂，如果节点之间对全局路由信息进行维护，那么消耗的能量非常大，扩展性能比较低，如果无线传感器网络的规模比较大，SAR协议就很难被使用.

SPEED协议是无状态的实时路由协议，是基于地理位置信息的协议.SPEED协议可以为实时性的数据流提供实时保障，协议的重要部分是无状态的地理转发环节，用于负责路由的下一跳的选择.SPEED协议基于地理位置信息和无状态路由的设计理念为无线多媒体传感器网络提供数据流的实时性保障的.

MPMPS是多优先级多路径的无线多媒体传感器网络视频流路由协议.在网络传输中，视频数据流的传输需要很大的网络带宽，MPMPS通过多路径的设计实现带宽的提高，可以对视频流进行分解，分解成音频流和图像流，这样可以把较高的优先级分配给重要的数据流，对路径的使用以优先级分配为依据，较大的带宽分配给高优先级的路径使用.MPMPS协议将视频流分解成不同的优先级，通过多路径对带宽进行扩展，提供了QOS时延保障.

4 总 结

音频视频传感器产生的多媒体数据流在网络中的无线多跳通信问题，是无线多媒体传感器网络路由协议研究的重要内容，其中无线多媒体传感器网络路由协议研究的首要问题是QOS的保障.无线多媒体传感器网络路由协议应用于低功率消耗的QOS路由协议中，本文的研究具有一定的理论价值和实际意义.

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ResearchonRoutingProtocolforWirelessMultimediaSensorNetworks

CAOXing-bo

(Hebei Institute of Architecture and Civil Engineering,Zhangjiakou Hebei 075000)

With the development of computer network technology and in order to adapt to the needs of multimedia data-stream transmission,the wireless multimedia sensor network routing protocol has been proposed in recent years.In this paper,the demand of wireless multimedia sensor network routing protocol for QOS is analyzed,and the design of wireless multimedia sensor network routing protocol and wireless multimedia sensor network architecture are studied.Lastly,the typical protocol for wireless multimedia sensor network routing protocol is discussed.

wireless sensor networks;multimedia;routing protocol;network technology

2017-05-03

曹兴波(1958-)，男，高级实验师，从事多媒体共享平台研究.

10.3969/j.issn.1008-4185.2017.03.018

TP3

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