无线传感器网络中视频传输的跨层优化研究

摘要

跨层设计技术是近几年无线传感器网络中视频传输的研究热点之一，作为改善传统网络分层结构不优化、提高网络灵活性的一种有效手段，跨层设计被应用在无线传感器网络中，用以提高视频传输质量。
　　论文以视频传输中的编码机制和视频帧的映射分配策略为研究对象，并利用NS2仿真软件进行分析。首先，分析了无线传感器网络中的媒体访问控制(MediaAccess Control，MAC)协议，指出了802.11e在提高多媒体服务质量(Quality ofService，QoS)上的改进之处，即提供优先级不同的差分服务。然后，分析了MPEG-4视频编码标准，介绍了该编码标准中视频帧重要性的差异。在此基础上，阐述了应用层-MAC层的跨层映射设计思想，即:联合考虑视频传输中视频帧重要性的不同和MAC层队列优先级的不同。之后，介绍了两种经典的跨层映射算法。
　　在跨层映射算法的研究过程中，本文提出了一种基于双概率选择的映射算法(Dual Probability Selection Mapping Algorithm，DPSMA)，该算法可以自适应改变映射机制中判决门限的大小，减小先前算法中偶然性发生的概率，提供更灵活、更公平的映射策略。为了验证改进映射算法的有效性，本文利用NS2建立网络仿真平台，分别采用双节点通信和多节点同时通信两种网络，在每种网络结构下分两组实验，分别是纯视频流传输和多种数据流同时传输，从网络的包投递率、时延、峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio，PSNR)和实时画面传输质量等方面，对比分析了改进的映射算法与其他算法的网络性能。仿真结果表明该映射算法能够有效地降低丢包率，提高视频传输的峰值信噪比，更好地保障重要视频帧的传输以及自适应MAC层队列的变化，改善了无线传感器网络的性能。

目录

声明

摘要

符号说明

第1章 绪论

1．1 研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容和创新点

1．4 论文的组织结构

第2章 无线多媒体传感器网络概述

2．1 无线多媒体传感器网络简介

2．2 媒体访问控制(Media Access Control，MAC)协议

2．2．1 IEEE 802．11b MAC协议

2．2．2 IEEE 802．11e MAC协议—QoS机制EDCA

2．3 跨层设计概述

第3章 MPEG-4视频编码标准

3．1 视频传输对编码的要求

3．2 MPEG-4编码标准

3．3 MPEG图像帧

3．4 MPEG可解画面比例分析模型

3．5 MPEG可解画面比例分析模型验证

第4章 基于QoS的跨层映射算法和改进算法

4．1 跨层映射算法的研究背景

4．2 经典跨层映射算法

4．2．1 静态映射算法

4．2．2 动态映射算法

4．3 改进的跨层映射算法

4．3．1 问题的提出和解决思路

4．3．2 改进算法的描述

4．3．3 DPSMA的特性

第5章 双概率选择映射算法的仿真分析

5．1 NS2仿真架构

5．2 NS2仿真过程

5．3 WMSN中仿真参数的选择

5．4 DPSMA仿真结果及分析

5．4．1 双节点通信

5．4．2 多节点通信

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 下一步研究方向

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文及参与的项目