多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)及其研究進展

曾玲

【摘 要】多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的信息獲取處理技術(shù)，已經(jīng)在多個領(lǐng)域發(fā)揮作用。本文梳理了網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念，并討論了當前技術(shù)下多媒體傳感器的特點。基于此本文總結(jié)出目前多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進展，并作出展望。

【關(guān)鍵詞】多媒體；傳感器網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測

隨著社會各個方面的的迅速發(fā)展，把握好當前事物的狀況才能進一步促進社會發(fā)展，因此多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用成為這個議題下的重要研究方向。要理解好當前社會背景下對于多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求，就應(yīng)該首先對這個概念做出針對性的理解。

一、傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般由3大部分構(gòu)成，分別是多媒體傳感器節(jié)點、匯聚節(jié)點以及控制中心等。其中，多媒體傳感器節(jié)點通常是分布在一些特定的感知范圍中，節(jié)點在收集到數(shù)據(jù)之后，經(jīng)由沿途的其他節(jié)點慢慢輸送，借助“多跳”路由，傳輸?shù)较乱粋€點——匯聚節(jié)點，最終，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)/通信衛(wèi)星，將所收集到的信息輸送至控制中心。此后，在控制中心內(nèi)，用戶對傳感器網(wǎng)絡(luò)予以合理的處理，以向各節(jié)點傳達監(jiān)測的具體任務(wù)，且對監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行收集。

（一）多媒體傳感器節(jié)點

其中主要包含通信模塊的微型嵌入式節(jié)點、傳感器、數(shù)據(jù)處理單元，通過各種各樣的、內(nèi)置的傳感器，對網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)環(huán)境的不同形式的物理現(xiàn)象進行監(jiān)測，例如視音頻、紅外以及聲納等。該設(shè)備具備一般的通信、存儲以及處理等功能，但其水平并不強；另外，該設(shè)備的電力能源，源自于可攜帶能量的電池所提供。這一節(jié)點的主要作用就在于對周邊環(huán)境的圖像信息、視頻信息以及音頻信息等進行收集，且對所收集到的信息做簡單的處理，同時還需對其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)予以相應(yīng)的處理，如融合。

（二）匯聚節(jié)點

從某方面而言，可將這一節(jié)點看作是一個多媒體傳感器節(jié)點，只是相對功能較強，且能量供應(yīng)量、存儲內(nèi)存以及計算資源等更大；同時，也可將其視作為一個不具備監(jiān)測功能，只具備通信功能的一個網(wǎng)關(guān)設(shè)施。該節(jié)點有較強的通信、存儲以及處理功能，其主要作用在于和一些外部網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系，如互聯(lián)網(wǎng)、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)等，同時對節(jié)點的監(jiān)測任務(wù)加以有效的管控，且將所接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)。

二、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點

（一）較強的網(wǎng)絡(luò)能力

因為引進了許多大數(shù)據(jù)量的媒體（如視頻、音頻以及圖像等），因而多媒體傳感器的節(jié)點能力與網(wǎng)絡(luò)水平也隨之加強，這具體表現(xiàn)在采集、處理、存儲、收發(fā)以及能量的供應(yīng)等。其中，節(jié)點處理水平從最初的6MHz提升至十多兆，有的甚至能夠達到上百兆；而存儲能力的量級也發(fā)生了一定的改變，即由以往的KB發(fā)展為現(xiàn)今的MB。為了能夠充分滿足現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)中多媒體傳輸?shù)囊螅W(wǎng)絡(luò)帶寬資源同樣有所提升。

（二）有極為豐富的感知媒體

在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，同時存儲著諸多形式多種多樣的信息數(shù)據(jù)，例如文本、視音頻、圖像、控制信號等等。此外，其媒體的格式也呈現(xiàn)多樣化，其中不但擁有單值信息，同時還有流媒體信息，它們存在的目的就在于：為監(jiān)測任務(wù)而服務(wù)，以便能夠達到場景監(jiān)測的系統(tǒng)化、全面化以及精準化。處理任務(wù)較為復(fù)雜：以往所使用的傳感器網(wǎng)絡(luò)，其收集數(shù)據(jù)的格式比較簡單，且信息收集量比較少。

三、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進展

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)針對大數(shù)據(jù)量復(fù)雜媒體信息的獲取處理和傳輸，對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件平臺體系架構(gòu)部署與覆蓋以及信息處理等方面要求有新的方法。本節(jié)就這幾方面具體闡述多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進展。

（一）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到整個網(wǎng)絡(luò)性能，而網(wǎng)絡(luò)性能又影響著其可用性。多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要考慮部署能耗擴展性靈活性及容錯性等方面。如何利用多媒體傳感器節(jié)點構(gòu)造功能強大結(jié)構(gòu)優(yōu)化性能優(yōu)良的多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一個重要的問題。目前，國際上已有一些學者對通用傳感器網(wǎng)絡(luò)和多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)開展研究，提出了一些具有探索意義的模型。本節(jié)分別從層次結(jié)構(gòu)功能模型以及通信協(xié)議實現(xiàn)的角度對網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進行討論。

（二）多媒體信息處理

在傳感器節(jié)點能量通信帶寬計算處理能力等資源普遍受限情況下，在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息獲取傳輸展示中引入有效的信息處理技術(shù)可以提高多媒體業(yè)務(wù)的QoS。在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中，常用的信息處理技術(shù)包括壓縮編碼過濾以及數(shù)據(jù)融合。考慮到多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有限的顯著特點，可以利用分布式網(wǎng)絡(luò)中各級節(jié)點的不同處理能力，通過“在網(wǎng)計算”完成媒體信息壓縮編碼特征提取目標識別以及冗余信息融合等處理；將數(shù)據(jù)量小信息量足的處理結(jié)果逐級上傳。這樣一方面可以減低節(jié)點傳輸負載節(jié)約網(wǎng)絡(luò)有限能量延長網(wǎng)絡(luò)生存時間；另一方面也提高了網(wǎng)絡(luò)的處理及響應(yīng)速度，進而提高網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測性能。

（三）多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事民用商業(yè)中都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。為了與傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相區(qū)分，我們主要對目前研究較為活躍的音視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進行總結(jié)。具體的應(yīng)用領(lǐng)域集中在交通監(jiān)控：對于交通樞紐環(huán)線公路以及高速公路的交通情況實施監(jiān)控，以統(tǒng)計通過的車數(shù)是否有非法目標停靠是否有故障車輛，還可以提供有關(guān)道路堵塞的新情況，推薦佳行車路線以及提醒駕駛員避免交通事故等。例如，F(xiàn)lorida大學負責啟動的ATSS（airborne traffic surveillance system）項目，利用裝備有視頻傳感器節(jié)點的 UAV（unmanned aerial vehicles）在空中對高速公路路面上的交通場景進行監(jiān)測，并以無線方式傳回地面視頻接收器。

四、小結(jié)

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展分支，在實際應(yīng)用的需求推動下產(chǎn)生并發(fā)展，但是多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)要真正走向?qū)嵱茫枰鉀Q很多極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。未來需要在幾個重要的發(fā)展方向上實現(xiàn)突破：低延時的實時MAC技術(shù)；低延時、低能耗的路由關(guān)鍵技術(shù)；多媒體信息安全技術(shù)；面向多核和眾核的多媒體終端設(shè)備的研制和多模態(tài)軟件構(gòu)件技術(shù)的研究；高壓縮比的多媒體信息流壓縮編碼技術(shù)等。

參考文獻：

[1]MA HuaDong， TAO Dan，馬華東，等。Multimedia Sensor Network and Its Research Progresses多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)及其研究進展[J].軟件學報，2006，17（9）：13-28。