无线多媒体传感器网络跨层协同机制和QoS感知路由算法的研究

传感器网络已经成为国民经济和社会发展中的重点发展领域，具有广阔的应用前景。新型无线多媒体传感器网络(WMSNs)面临许多有待于解决的关键问题，其中最突出的就是服务质量（QoS）保障问题。WMSNs资源有限、动态变化的网络环境和规模的可扩充性使得提供QoS保障非常困难。目前国内外关于WMSNs服务质量的研究刚刚起步，还没有成熟的、体系化的QoS 框架和相应的方法出现。.本项目以无线多媒体传感器网络QoS的有效支持为目标，探索一种在应用层多媒体通信流、网络层路由选择算法和MAC层信道访问协议之间简单有效的跨层协同机制，将多媒体应用的服务质量要求和无线通信信道的状况准确地映射到网络层相应的变量；通过对多媒体实时通信流特性的深入分析，揭示其规律；在此基础上深入研究QoS感知的动态多路径路由算法，兼顾各种级别的QoS支持和能量高效两方面的性能。本项目研究将为新型WMSNs的研究和设计提供新的思路。

近年来，传感器网络由于其广阔的应用前景引起了学术界和工业界的广泛关注。然而，为新型无线多媒体传感器网络(WMSNs)提供QoS保障面临许多挑战性的问题，包括能耗问题和服务质量（QoS）保障问题。WMSNs能量资源有限、动态变化的网络环境和规模的可扩充性使得提供QoS 保障非常困难。.本项目从分析和理解多媒体通信流特性、能量消耗、无线信道动态变化和网络性能瓶颈入手，深入研究面向多媒体通信的传感器网络QoS体系结构，提出能量高效的QoS路由算法。首先，我们提出了基于业务区分的无线传感器网络QoS体系结构（DQoSA）。定义了（1）由链路与节点QoS指标、路径QoS指标和应用层QoS指标构成的三层结构QoS指标体系；（2）由事件和查询驱动类业务、实时类数据业务、非实时类数据业务和尽力而为类业务构成的四类业务区分标准；（3）QoS提供和QoS维护两个QoS保障阶段；（4）QoS指标映像与计算、QoS保障机制、区分服务和跨层自适应调节四个功能模块。实例分析表明，该体系结构可以有效指导设计支持QoS保障的无线传感器网络。在此基础上，设计基于节点角色区分的无线传感器网络QoS体系结构原型系统（DNRPS）。第二，在QoS路由算法研究方面，我们（1）提出了QoS感知的多sink机会路由（QMOR）。针对基于差分编码的冗余多媒体数据压缩问题，从路由选择角度构建能量优化模型。同时，研究转发节点列表选择以及优先级分配算法，在最小化能耗的同时满足实时性和可靠性需求。（2）提出了基于多势场力QoS感知路由（MFQR）。在网络状况良好时，采用深度-能量混合势场力选取转发节点集合，以均衡能耗；当网络负载加重时，采用深度-队列长度混合势场力选取转发节点集合，以避开拥塞区域。（3）提出了基于虚拟队列的启发式路由（VSDR）。该协议定义了基于聚合权重的路由函数，综合考虑前进距离、下游节点的队列长度以及剩余能量等因素。另外，通过虚拟队列机制优先服务实时数据包，为其提供时延和可靠性保证。（4）提出了面向视频通信的机会网络编码机制（AONC）与路由协议协调工作。该机制采用非对称组合编码方法和基于浮动优先级的机会转发策略提高数据交换收益。同时，设计流量感知的数据调度算法减少潜在编码机会流失。.本项目研究进展顺利，达到了预期目的，希望为WMSNs的研究和设计提供新的理论和技术。