多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)及其研究進(jìn)展

夏蕾

摘要：近些年來(lái)，監(jiān)測(cè)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，且極為多變，在這種情況下，必須將信息量大且內(nèi)容豐富的各種媒體（視頻、音頻、圖像等）引進(jìn)到以傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)活動(dòng)中，以便對(duì)環(huán)境進(jìn)行全面、詳細(xì)的監(jiān)測(cè)。而多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)，作為一種新技術(shù)，已經(jīng)引起了社會(huì)各界的注意，其在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面，也可發(fā)揮極為重大且現(xiàn)實(shí)的意義。鑒于此，文章將對(duì)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念及其特點(diǎn)進(jìn)行闡述，且對(duì)其研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，以加深對(duì)該技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

關(guān)鍵詞：多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)；特點(diǎn)；研究進(jìn)展

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，尤其是傳感器、通信以及嵌入式計(jì)算等技術(shù)的日趨完善，具備多項(xiàng)技術(shù)的微型傳感器已經(jīng)被研究、開(kāi)發(fā)出來(lái)了，且受到了社會(huì)各界的關(guān)注。該傳感器網(wǎng)絡(luò)可以有效地對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋領(lǐng)域內(nèi)、不同環(huán)境或者是各種監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息進(jìn)行感知、收集以及處理，且將相關(guān)信息發(fā)送給需要用戶。對(duì)能量受限嚴(yán)重的微型節(jié)點(diǎn)上，怎樣達(dá)到輕松收集、傳送以及處理相關(guān)環(huán)境數(shù)據(jù)，是當(dāng)前傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中的一個(gè)極為重要的課題。但是，在當(dāng)前監(jiān)測(cè)環(huán)境不斷變化的情況下，以往所使用的傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)所收集到的數(shù)據(jù)，已經(jīng)無(wú)法達(dá)到人們對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的需要，這就要求將信息量大且內(nèi)容豐富的各種媒體（視頻、音頻、圖像等），引進(jìn)到以傳感器網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)環(huán)境監(jiān)測(cè)活動(dòng)中，以便對(duì)環(huán)境進(jìn)行全面、詳細(xì)的監(jiān)測(cè)。正是在這一背景之下，產(chǎn)生了多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)。

1多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念

多媒體傳感器（multimedia sensor network，MSN），是由諸多具備各種能力（如通信功能、計(jì)算功能以及存儲(chǔ)功能等）的多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)所構(gòu)成的，一種分布式感知網(wǎng)絡(luò)；其利用節(jié)點(diǎn)上的多媒體傳感器，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)有關(guān)環(huán)境的媒體信息加以感知，且采取多跳中繼的辦法，把數(shù)據(jù)傳送至信息匯聚中心，然后對(duì)所收集到的各種信息予以詳細(xì)的分析，最終達(dá)到高效、全面、系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)目的。

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，該系統(tǒng)一般由3大部分構(gòu)成，分別是多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)以及控制中心等。其中，多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)通常是分布在一些特定的感知范圍中，節(jié)點(diǎn)在收集到數(shù)據(jù)之后，經(jīng)由沿途的其他節(jié)點(diǎn)慢慢輸送，借助“多跳”路由，傳輸?shù)较乱粋€(gè)點(diǎn)——匯聚節(jié)點(diǎn)，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(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)予以合理的處理，以向各節(jié)點(diǎn)傳達(dá)監(jiān)測(cè)的具體任務(wù)，且對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

（1）多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)：其中主要包含通信模塊的微型嵌入式節(jié)點(diǎn)、傳感器、數(shù)據(jù)處理單元，通過(guò)各種各樣的、內(nèi)置的傳感器，對(duì)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(jìn)行監(jiān)測(cè)，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(chǔ)以及處理等功能，但其水平并不強(qiáng)；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(diǎn)的主要作用就在于對(duì)周邊環(huán)境的圖像信息、視頻信息以及音頻信息等進(jìn)行收集，且對(duì)所收集到的信息做簡(jiǎn)單的處理，同時(shí)還需對(duì)其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)予以相應(yīng)的處理，如融合。

（2）匯聚節(jié)點(diǎn)：從某方面而言，可將這一節(jié)點(diǎn)看作是一個(gè)多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)，只是相對(duì)功能較強(qiáng)，且能量供應(yīng)量、存儲(chǔ)內(nèi)存以及計(jì)算資源等更大；同時(shí)，也可將其視作為一個(gè)不具備監(jiān)測(cè)功能，只具備通信功能的一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)施。該節(jié)點(diǎn)有較強(qiáng)的通信、存儲(chǔ)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(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)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)。

（3）控制中心：該中心的主要任務(wù)就是對(duì)多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的諸多監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行收集，或者是相關(guān)信息進(jìn)行查詢，也能對(duì)所發(fā)布的各種信息進(jìn)行監(jiān)測(cè)，且為用戶提供一個(gè)平臺(tái)或交界面，以便對(duì)所監(jiān)測(cè)信息展開(kāi)嚴(yán)密的觀察，并展開(kāi)全方位的分析，最終為制定相關(guān)決策提供有力的參考依據(jù)。

2多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

（1）較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力：因?yàn)橐M(jìn)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(diǎn)能力與網(wǎng)絡(luò)水平也隨之加強(qiáng)，這具體表現(xiàn)在采集、處理、存儲(chǔ)、收發(fā)以及能量的供應(yīng)等。其中，節(jié)點(diǎn)處理水平從最初的6MHz提升至十多兆，有的甚至能夠達(dá)到上百兆；而存儲(chǔ)能力的量級(jí)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?，網(wǎng)絡(luò)帶寬資源同樣有所提升。

（2）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(shí)存儲(chǔ)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(hào)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(shí)還有流媒體信息，它們存在的目的就在于：為監(jiān)測(cè)任務(wù)而服務(wù)，以便能夠達(dá)到場(chǎng)景監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)化、全面化以及精準(zhǔn)化。

（3）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(jiǎn)單，且信息收集量比較少，所以，在任務(wù)處理方面顯得比較的簡(jiǎn)單，通過(guò)一些簡(jiǎn)單的運(yùn)算即可得出相應(yīng)的結(jié)果；但是，只對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算，所得出的結(jié)果并不能完全反應(yīng)所需監(jiān)測(cè)環(huán)境的實(shí)際情況。上述中已經(jīng)提及，多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)所收集的格式比較豐富，因而在對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)，也比較困難與復(fù)雜，人們可以采取諸多處理方式（如識(shí)別、壓縮以及融合等），對(duì)信息進(jìn)行處理，以便對(duì)監(jiān)測(cè)環(huán)境有全方面的了解。

3多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展

第一，網(wǎng)絡(luò)帶寬方面的問(wèn)題。在網(wǎng)絡(luò)資源中，帶寬資源是一個(gè)十分關(guān)鍵的內(nèi)容，現(xiàn)今大部分無(wú)線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS路由協(xié)議，基本上是采取最小可用帶寬，以其為QoS度量，但是無(wú)線傳輸媒介是一種廣播媒介，其節(jié)點(diǎn)帶寬資源不但會(huì)受到一跳甚至是兩跳附近節(jié)點(diǎn)的制約，并且其本身業(yè)務(wù)量改變也會(huì)帶來(lái)不小的影響。此外，多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的帶寬非常小，所以，在使用多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中，必須確保其帶寬使用的合理性。

第二，網(wǎng)絡(luò)延遲、抖動(dòng)問(wèn)題。在采取無(wú)線媒介通信的過(guò)程中，信號(hào)傳送會(huì)受到諸多因素的干擾，如多徑衰落、路徑損耗等，繼而造成網(wǎng)絡(luò)延遲、抖動(dòng)現(xiàn)象更加嚴(yán)重，且復(fù)雜多變，繼而致使網(wǎng)絡(luò)控制成本加大，且加大了多媒體同步的復(fù)雜性，最終增加網(wǎng)絡(luò)延遲處理的難度。

第三，協(xié)同工作。一些監(jiān)測(cè)任務(wù)比較復(fù)雜，因而單靠一個(gè)節(jié)點(diǎn)是無(wú)法較好的完成任務(wù)的，這就要求各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間協(xié)同作業(yè)。然而，因控制中心的信息，需通過(guò)匯聚節(jié)點(diǎn)及不一樣的路徑，最終抵達(dá)相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，而在這一過(guò)程中，信息抵達(dá)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)間不相同，繼而使得協(xié)同工作無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上，作為一種全新的信息獲取與處理手段，多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠更好的收集所測(cè)環(huán)境內(nèi)的各種信息，如視音頻、圖像等，且可對(duì)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)送、處理等，因其功能的強(qiáng)大，該技術(shù)已被廣泛用于各個(gè)領(lǐng)域中，如民用、軍用等。但該技術(shù)還存在不足之處，因此，人們還必須加大對(duì)此技術(shù)的進(jìn)一步研究與探索，以完善其功能，從而更好地發(fā)揮其作用。