论文部分内容阅读
无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSNs)由于成本低,部署灵活,可靠性强等特点已经广泛应用于军事安全,工业控制以及环境监测等领域。随着节点计算能力的增加,许多节点具备采集处理传输音视频等多媒体数据的能力。在无线传感器网络中传输多媒体业务成为新的研究热点。无限多媒体传感器网络的上行链路负责将传感器节点采集到的数据发送给中心节点,然而传感器节点自身有很多限制条件,如节点计算能力弱,缓存队列较小,节点能量受限等,不能提供高速数据的传输。同时,多媒体业务通常又具有较高的服务质量(Quality of Service,QoS)需求。因此研究无线多媒体传感器网络(Wireless Muti-media Sensor Networks,WMSNs)中的上行调度算法,合理分配网络资源,将节点采集的多媒体数据及时通过上行链路发送给中心节点,保证多媒体业务的服务质量需求,具有现实意义。本文将对这一问题进行研究,主要工作如下:第一,提出一种基于数据预测的无线多媒体传感器网络上行调度算法,旨在将整个调度问题转化为效用函数最大化问题,满足多媒体节点的服务质量需求,同时保证整个网络的生存时间。算法实现包括以下几个方面:首先应用半马尔科夫过程对传感器节点的活跃程度进行建模,并用观测序列估计半马尔科夫过程的参数,对节点下一时刻可能到达的数据量进行预测。之后设计效用函数,同时考虑节点缓存状态,能量状态以及多媒体业务的紧急程度。最后将整个调度过程转化为对效用函数最大化的求解。仿真结果表明,提出的算法相比于现有调度算法可以达到更好的端到端时延以及抗丢包性能,保证多媒体节点业务的服务质量需求。第二,提出一种基于业务优先级的资源调度算法,旨在优化传感器节点与中心节点的资源分配,以保障多媒体节点的服务质量需求,同时提高整个系统的吞吐量。算法实现包括以下几个方面:首先对多媒体业务特点进行分析建模,为多媒体节点预留子载波。之后应用算法进行子载波分配,优先满足多媒体业务需求,最后应用贪婪算法对数据业务节点分配资源,提高系统的吞吐量。仿真结果表明,本文提出的资源调度算法可以在保障多媒体节点服务质量需求的同时提高系统的吞吐量。