【摘要】：無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(Wireless Multimedia Sensor Network,WMSN)是在無線傳感器網(wǎng)絡(Wireless Sensor Network,WSN)的基礎上發(fā)展起來的,除具有傳統(tǒng)WSN的能力之外,節(jié)點還具有采集多媒體信息(圖像、視頻、音頻等)的能力。和傳統(tǒng)WSN一樣,WMSN的節(jié)點能量和計算能力有限,與傳統(tǒng)WSN不同的是,由于網(wǎng)絡中傳輸?shù)亩嗝襟w數(shù)據(jù)需要提供服務質(zhì)量(QoS)保證,如何在能力有限的網(wǎng)絡中傳輸數(shù)據(jù)量巨大的多媒體信息并滿足服務質(zhì)量要求,是WMSN面臨的主要問題。其中多媒體信息流的路由選擇是一個關鍵問題,它擔負著將多媒體數(shù)據(jù)在滿足約束條件的前提下可靠地從源節(jié)點傳輸?shù)侥康墓?jié)點的任務。礦井救災通信系統(tǒng)是一個基于WMSN的無線通信系統(tǒng),節(jié)點由救援人員或機器人攜帶進入救災區(qū),將匯聚節(jié)點(Sink)布置在有線網(wǎng)絡末端附近,并在前進的過程中根據(jù)需要布置無線通信節(jié)點,在巷道固定一些多媒體節(jié)點來監(jiān)控巷道中的狀況,防止二次事故發(fā)生。信息傳送至指揮中心后,指揮人員以視頻的形式獲知災難現(xiàn)場的情況,發(fā)布調(diào)度消息,有效地指揮救災。本文結(jié)合WMSN在礦井救災通信系統(tǒng)中的實際應用,對系統(tǒng)中網(wǎng)絡服務質(zhì)量進行了需求分析,研究了WMSN的路由及與之相關的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和能量空洞問題。主要包括:(1)針對礦井多媒體救災通信系統(tǒng)實際應用需求,提出采用異構(gòu)WMSN網(wǎng)絡并提出三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。礦井救災系統(tǒng)中只有少量節(jié)點需要采集多媒體信息,其他節(jié)點只負責將采集到得信息進行處理和傳輸,為了節(jié)約成本的同時能提高節(jié)點的便攜性采用異構(gòu)WMSN;WMSN中由于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較大,通常采用分布式數(shù)據(jù)壓縮技術(shù),針對這個特點,在傳統(tǒng)WSN兩層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的基礎上提出三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),增加專門負責協(xié)作多媒體采集節(jié)點完成數(shù)據(jù)處理任務的協(xié)作層。(2)為了解決礦井狹長空間內(nèi)數(shù)據(jù)多跳傳輸產(chǎn)生的延時與多媒體數(shù)據(jù)實時性要求之間的矛盾問題,提出了粒子群算法(PSO)優(yōu)化的實時路由算法。礦井救災系統(tǒng)需要將災難現(xiàn)場的救援情況實時傳輸至指揮中心,是一個實時性要求較高的通信系統(tǒng)。而煤礦井下是一個狹長空間,信息傳輸需要經(jīng)過的跳數(shù)較多,需要解決在節(jié)約能耗、提高能量利用率的前提下,數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)膯栴}。本文提出了WMSN實時路由協(xié)議。給路徑探測包設置生命周期來保證實時性;作者結(jié)合路由優(yōu)化過程對PSO的運算規(guī)則進行了重新定義。(3)為了解決多媒體傳感器網(wǎng)絡帶寬受限難以滿足視頻流信息的高帶寬要求的問題,提出了多種群PSO的WMSN并行多徑路由算法。由于網(wǎng)絡傳輸?shù)闹饕菙?shù)據(jù)量大的視頻流信息,對帶寬要求較高,而WMSN帶寬受限,當網(wǎng)絡帶寬不能滿足服務質(zhì)量要求時,需要采用多條路徑同時傳輸。本文針對目前多徑路由算法大都是多次運行算法,先后生成多條路徑,可能無法找到足夠數(shù)量路徑的情況,提出了多種群PSO的WMSN并行多徑路由算法,路由優(yōu)化過程中信息共享,互相協(xié)作,同時生成一組不相交路徑。(4)針對WMSN路由研究與仿真的過程中發(fā)現(xiàn)的能量空洞問題進行了研究,證明了在異構(gòu)WMSN中,能量空洞會出現(xiàn)的網(wǎng)絡的任何位置,并提出了基于負載均衡的通信節(jié)點布局方法。將網(wǎng)絡按單跳距離為單位進行分層,考慮節(jié)點數(shù)據(jù)處理和無線收發(fā)的能耗,以負載均衡為目標,在每層布局相應數(shù)量的節(jié)點,避免異構(gòu)多媒體傳感器網(wǎng)絡產(chǎn)生能量空洞。其中,重點分析了數(shù)據(jù)處理能耗對節(jié)點布局的影響。
【學位授予單位】：中國礦業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TD655;TN919.8;TP212.9
【圖文】：

WMSN結(jié)構(gòu)

2 異構(gòu) WMSN 的三層網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)2 Network architecture with three layers forHeterogeneous WMSN網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)直接關系到整個網(wǎng)絡的性能。作為包括路由在內(nèi)的其他 WMSN相關技術(shù)的支撐，非常有必要研究合適的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，利用節(jié)點將 WMSN 構(gòu)造成一個功能強大、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、性能優(yōu)良的網(wǎng)絡[60]。2.1 異構(gòu) WMSN(Heterogeneous WMSN)基于 WMSN 的礦井多媒體救災通信系統(tǒng)是在煤礦井下發(fā)生災難時的救災系統(tǒng)，它將井下救援情況的音、視頻利用無線網(wǎng)絡傳輸?shù)骄仍笓]中心，以便更好的指揮救援工作。礦井多媒體救災通信系統(tǒng)中只有少量節(jié)點需要采集多媒體信息，其他節(jié)點只負責將采集到得信息進行處理和傳輸，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2-1：

【相似文獻】

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1 徐曉菊;王滿意;;長距離WMSN的礦井多媒體救災通信系統(tǒng)關鍵技術(shù)的展望[J];煤炭技術(shù);2010年03期

2 ;[J];;年期

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1 孫振剛邋丁云;新疆移動確保地震搶險救災通信暢通[N];人民郵電;2008年

2 王欣;中國網(wǎng)通災后重建工作有序推進[N];人民郵電;2008年

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1 朱永紅;礦井多媒體救災通信系統(tǒng)中WMSN路由算法的研究[D];中國礦業(yè)大學;2015年

本文編號：2728705