[发明专利]一种无线网络中的视频传输方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线网络中的通信方法，尤其是涉及基于分簇结构的 无线传感器网络中的视频传输方法，该方法利用中继节点的队列信息和不 同视频子流的重要性，通过应用层驱动来实现对视频子流的自适应协作中 继转发。

背景技术

无线传感器网络(WSN)是由大量传感器节点通过无线通信技术自组 织构成的网络。WSN能够实现数据的采集量化、处理融合和传输应用。这 些应用一般不需要很高的带宽，但是对功耗要求却很高，大部分时间必须 保持低功耗。

与一般的被动网络不同，无线传感器网络(WSN)具有获取信息的能 力，并通过节点间自组织的网络互连，形成了具有信息综合处理能力的传 感器网络，因此，称之为主动网络。最近几年，随着传感器节点成本的下 降，WSN已经开始在环境监测、医疗护理、军事、交通等领域内得到应用。 虽然目前所讨论的大多数传感器节点只需要处理低速的数据(比如温度、 湿度、距离、移动速度等等)，但是，随着微处理器成本的下降，传输视 频信息的传感器网络越来越受到人们的重视。这种传感器网络被称为视频 传感器网络(Video WSN)。在未来，很多应用都将基于Video WSN，例如， 远程医疗，智能交通，紧急事件管理，智能大厦等等。

视频WSN可以给人们带来安全、便捷的生活方式。但是，视频WSN也 有其自身的特点。首先，由于视频信息的信息量较大，所以需要WSN中的 传感器节点有较大的计算能力和处理能力，同时还要求网络有比较大的传 输能力。其次，视频信息对时延的要求比较敏感。因此，需要一种有效的 传输方案。

另外，传输视频所消耗的能量比传输低速率的数据所消耗的能量要大 得多，而对于传感器网络而言，一个关键的设计目标就是要节省能量，延 长他的生存周期。因此，视频WSN需要一个可靠，高效，节省能量同时又 降低硬件复杂度的传输方案。

从网络结构来说，分簇的传感器网络更加适合于视频流的传输。在簇 型结构中，一个大的传感器网络被划为若干个簇，一个簇由簇头(CH)节 点和普通节点组成，通常簇头节点比普通节点具有更强的处理能力，因此 由簇头节点来管理簇内的通信和簇间的信息传输。

这种簇型的结构适合视频WSN，主要是出于两方面的原因：首先，用 分级的结构来组建网络，可以更有效地利用稀缺的资源，比如频谱、带宽 和功率等等；其次，由于相邻节点收集到的视频信息有很强的相关性，所 以簇头节点对这些相关的信息做一个融合压缩，可以避免传输冗余的信 息。

图1示出了分簇的传感器网路的示意图。在图1中，灰色的椭圆形圈 表示信号源节点，灰色的矩形表示簇头(CH)节点，黑色的椭圆形圈表示 协作节点，空白的椭圆形圈表示普通节点，黑色矩形表示信宿节点。如图 1所示，视频WSN被分成若干个簇，在一个簇中，信号源采集到视频信息 后，传送给簇头(CH)节点，由簇头节点来对数据进行融合，去掉相关的 冗余信息，经编码后传递给下一个簇头节点或者是信宿(sink)节点。在 簇头节点处，编码方式采用分层或者可分级的编码，以便获得比较低的信 源速率和较好的图像质量。

目前，在簇型网络结构中，由于簇头频繁地传输信息，会导致簇头的 能量消耗比普通节点大很多。另外，簇头间的通信由于距离、接收缓存、 队列等候时延等等的影响，也不能保证可靠的传输。为了解决这一系列的 问题，在WSN中引入了协作分集或者被称为协作多输入多输出(MIMO)技 术，下文称之为C_DIV(Cooperative Diversity：协作分集)。协作中继 最基本的思想就是选择一些普通节点作为中继节点，这些中继节点被看作 是虚拟的天线阵列，并且用分布式的方式来实现空时编码，以此获得分集 增益，从而提高检测的可靠性。