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无线多媒体传感器网络跨层模型及QoS路由研究

刘凤玉  
【摘要】: 为了满足日益复杂的监测环境的要求,迫切需要将信息量丰富的图像、音频和视频等媒体引入到无线传感器网络之中,因而形成了无线多媒体传感器网络。无线多媒体传感器网络是基于具体环境的网络,不同应用中数据、语音、视频信息对带宽、时延等传输质量参数的要求各不相同,因此,需要为不同应用中各类数据包提供相应级别的服务质量(QoS)保证。 由于无线自组织网络具有无线链路不稳定、带宽较低、节点移动、拓扑动态变化和能量受限等特性,区别于有线网络,因而,传统有线网络中的QoS支持机制无法直接应用于无线多媒体传感器网络之中。如何保障不同应用的QoS且有效利用网络资源,成为无线多媒体传感器网络的一个突出问题。 从QoS的实施层面看,网络协议栈各层都有相应的改善机制,包括QoS MAC协议、QoS路由协议、动态自适应机制等。而作为在网络层提供QoS支持的载体,QoS路由协议对无线多媒体传感器网络的性能有至关重要的影响。 本文围绕无线多媒体传感器网络的服务质量展开研究。首先介绍无线多媒体传感器网络QoS的研究现状;其次分析现有无线传感器网络的QoS保证机制,研究网络的跨层QoS模型,比较不同跨层模型的优缺点;然后总结现有无线多媒体传感器网络的QoS路由算法,并在现有路由协议的设计思想基础上,提出了一种无线多媒体传感器网络的跨层QoS路由算法——CLQDCR。该协议结合AODV及DCR算法的优点,利用跨层设计的思想,以链路延迟、路径干扰和节点能耗作为QoS度量,采用区分服务的方式为事件驱动的实时多媒体业务和周期性非实时文本业务提供不同的QoS保障。算法对路径及周围节点的负载情况进行编码,得到的码字用于表示路径干扰。为了满足多业务的不同需求,在计算链路代价时可以为不同QoS需求的应用分组设置相应的权重因子。 最后,通过仿真实验建立基于无线多媒体传感器网络的跨层模型,并对CLQDCR协议的性能进行评估。结果表明所设计的协议可以支持不同业务间有差别的QoS保证需求,并在提高实时性能及全网负载均衡方面具有较好的性能。


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