基于集群論的視頻傳輸多徑路由算法

王斌

摘 要視頻流無線多媒體傳感器網絡中，需要提供各種各樣的QoS保證。提出了基于改進的聚類 MPCA（多徑聚類算法），發現優先路徑和相應的重要性不同的視頻數據多徑路由算法。通過優化人工網絡鏈接信息的初始分布，改進后的算法能更快地找到可行路徑和收斂速度。實驗結果表明，MPCA算法在網絡性能、視頻性能和網絡生命周期方面，都具有明顯的優勢。

【關鍵詞】無線多媒體 集群論 多徑路由 視頻 優質的服務路由

1 前言

視頻流傳輸是無線多媒體傳感器網絡中的典型應用，視頻傳感器節點的視頻數據傳送到匯聚節點，無線多媒體傳感器網絡視頻流傳輸中，應考慮以下兩個點因素：

（1）視頻流媒體數據上的 QoS，如帶寬、 時延延遲抖動、丟的包率。

（2）平衡的完整網絡能源、擴展的網絡生活 無線多媒體傳感器網絡中，路由協議用于視頻數據傳輸的服務質量感應路由協議的基礎。

早期的感應QoS 路由算法只有單一的 QoS 參數，如網絡或傳輸，通過深化研究無線多媒體傳感器網絡中，專為多媒體數據傳輸的路由機制，而實現實時數據傳輸可靠性。視頻失真機理的 QoS 路由算法的預測模型為 PEMuR，但缺點是需要計算額外的成本，由于傳感器網絡資源有限，這種方法是不切實際的。路由算法的質量服務通過異步視頻圖像，基于相關性圖像編碼策略，通過負載均衡方法的視頻數據轉移到不同的路徑，不僅影響視頻解碼的質量和還造成網絡資源的浪費。因此，沒有優先多徑的方法是不可取的。

2 基于改進的MPCA集群論的多徑路由算法

2.1 優化分布鏈接信息

無線多媒體傳感器網絡的部署，每個節點不知道上下文中其他通訊節點信息，網絡 的每個節點的鄰居表。設置如圖 1 中所示，n 節點設置在網絡上，由會議節點和建立鄰居請求節點，必需包含節點數為1。當收到鄰居節點信息后，必需在記錄的節點編號和生產時，必需包含節點數。

2.2 MPCA 算法

（1）接收者發送到網絡鄰居節點請求建立鄰居節點，建立鄰居節點與鏈路帶寬之間的關系鏈接從鄰居表中刪除，并提供大量的可行路徑，尋找鄰居節點，產生排序順序和每個節點的鄰居表，根據信息素在鏈接時，初始值為零，則當前路徑匯聚節點的路由表設置為null，初始化計時器節點集內，發送每個節點值；

（2）添加P，如果只發送更新路徑P節點路由表，并考慮優先級，則進入步驟3；將計算的路徑設置為目標函數，最優目標函數的最大值為所選路徑設置值，更新的節點生成一個反向路徑，它代表如果相交節點信息素重置，則其余的全局信息素更新，進入步驟3；

（3）通知節點，開始傳輸視頻流數據，根據數據的重要性不同，選擇適當的優先轉發路徑，等待下一個循環周期的記錄。

3 模擬與分析

3.1 仿真和實驗方法

NS2模擬仿真軟件，首先進行工具設置視頻，視頻測試用例文件為 foreman_qcif，Mpeg-4視頻編碼，編碼共有400幀，幀格式為IBBPBBPBBP...，幀長度12，videodata到UDP片段大小是1024字節。每個節點的初始能量為二維網絡測試場景的大小。鏈接丟失率范圍被設置為0到0.6。鏈道帶寬，數據發送速率，隨機值范圍為500 KB/S～1.5 Mb/s的視頻流，允許路徑最大時長為5秒，最小的路徑帶寬設置為800 KB/s，默認信息色素初值為0。仿真實驗分為兩個部分：

（1）比較算法MPCA及經典群集上的算法收斂性，利用重復隨機試驗的方法在不同網絡規模模擬場景下進行實驗，直到算法的評價指標達到收斂；

（2）利用NS2的視頻工具集，真實的視頻流文件數據中的視頻傳輸，網絡和性能比較兩種不同情況，包括幀下降率、延遲、峰值信噪比，以及能源消耗。

3.2 網絡和視頻性能比較

網絡大小為200個節點，隨機的統一部署，鄰居節點集的網絡密度是5。由于使用mpeg-4代碼，所以需要3個不同優先級的請求路徑，對應3種不同的視頻幀，BP幀，幀提供不同的傳輸路徑。路徑匯聚節點發送的數量設置R=3，路徑的優先級最高，P幀第二，最低的B幀，幀傳輸。我們使用兩種類型的視頻模擬場景：

（1）以確保實時；

（2）確保圖像質量在每一輪網絡維護中減少0.04；在應用程序場景中權重因子QoS物按缺省設置。

在兩個應用程序場景，MPCA 算法和定向擴散算法，與服務質量感知的多徑路由算法 MMSPEED相比，固定 MMSPEED 路由路徑數是3，優化的實時數據，其最大路徑延遲是 3 秒，下限概率達0.2；第二場景中，最佳的數據可靠性，路徑延遲線為 10 秒，可以達到下限的概率為 0.8，如表1。

4 結束語

基于集群論的視頻傳輸多路徑路由算法基于改進MPCA聚類算法。基于集群的經典理論，根據鄰居節點構建一個無線多媒體傳感器網絡信息的優化分布，信息素初始化，以加快收斂速度。多徑路由方案依據不同的視頻編碼數據，選擇適當的優先級，盡可能保證關鍵數據的有效傳輸。基于集群的路由協議更加靈活，因為算法是基于視頻大小和QoS參數集的權重因素來應對不同多媒體應用需求。

參考文獻

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作者單位

湖北職業技術學院 湖北省孝感市 432100