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支持语音传输的无线传感器网络技术研究

刘翔  
【摘要】: 传感器技术、微机电系统、网络和无线通信等技术的进步,推动了无线传感器网络的产生和发展。随机分布的大量的传感器节点,以无线自组织的方式构成网络,通过节点中内置的各种类型的传感器收集周边外部环境中的声音、图像、温度、湿度、压力和地震波等数据信息,以无线短距离、低功耗、多跳的通信方式,将采集到的数据传输到信息中心。无线传感器网络已经引起了军事、商业、学术界的高度重视,它已被预见在军事、环境、医疗、空间探索、灾难拯救、交通和海洋监测等特殊领域具有广泛的应用领域和使用价值。 无线传感器网络是一门新兴技术,国外对无线传感器网络的研究处于蓬勃发展时期,国内对无线传感器网络方面的研究还处于起步阶段,但国内与国际水平的差距并不很大,及时开展这项前沿技术的研究,对整个国家的国防、政治、经济将有重大意义。 目前,传感器网络研究的一个重要方面是在能力严重受限的微型节点上如何实现简单的环境数据(如温度、湿度、光强等)的采集、传输与处理,然而,随着监测环境的日趋复杂多变,由这些传统传感器网络所获取的简单数据逐渐不能满足人们对环境监测的全面需求,迫切需要将信息量丰富的图象、音频、视频等媒体引入到以传感器网络为基础的环境监测活动中来,实现更细粒度、更精准的环境监测,多媒体传感器网络应运而生。 本文着重研究网络中使用的MAC协议对语音传输过程的影响,以及无线传感器网络中适用的语音编码算法。本文首先综述了现有无线传感器网络中常用的MAC协议,对这些协议进行了分析比较。提出了一种新的基于TDMA的MAC协议VR-TDMA,为了测试提出的协议性能,在NS2仿真平台上对该协议进行了仿真,结果证明该协议具有良好的实时性能。然后研究了几种常用语音编码算法的性能,通过比较研究,认为ADPCM语音编码算法的性能符合无线传感器网络应用的要求,并对该算法进行了简化,减少了算法运行的计算量。实际测试表明,算法具有良好的性能。


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