無線傳感網視頻流傳輸的優(yōu)化研究.pdf

1、隨著CMOS技術的快速發(fā)展，大量嵌入了單芯片相機的視覺傳感器流入了市場。由視覺傳感器節(jié)點組成的無線傳感器網絡可以實現(xiàn)視頻流的傳輸，為視頻監(jiān)控等相關領域提供了更為可靠、豐富的技術支撐。人們可以更全面、更直觀的對監(jiān)控現(xiàn)場進行監(jiān)控。但傳統(tǒng)無線傳感器網絡資源有限，以及視頻傳輸數據量大、業(yè)務種類豐富、業(yè)務要求高等特點給無線傳感器網絡傳輸視頻流帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此，在這種資源受限的新型無線傳感器網絡中優(yōu)化視頻流傳輸是一項具有現(xiàn)實意義的研究課題。<

2、br>　　本文在研究了國內外無線傳感器網絡中視頻流傳輸相關文獻的基礎之上，利用網絡優(yōu)化方法實現(xiàn)了傳輸視頻質量和網絡壽命兩個優(yōu)化目標之間的平衡。主要的研究工作如下：
　　1）基于改進對偶次梯度算法傳輸視頻質量的優(yōu)化問題。在考慮鏈路間干擾以及鏈路容量受限的情況下，將用戶對視頻的感知度作為網絡的優(yōu)化目標。由于該問題是一個非光滑優(yōu)化問題，一般可采用對偶次梯度算法對其進行求解，但傳統(tǒng)對偶次梯度算法對步長參數敏感，將導致算法收斂速度慢甚至不收

3、斂問題。針對這一問題，本文提出了一種改進對偶次梯度算法。改進對偶次梯度算法采用了平滑技術，得到拉格朗日函數的平滑近似函數，然后通過更新兩個子序列得到拉格朗日乘子的更新，避免了傳統(tǒng)對偶次梯度算法的步長調整。通過Matlab仿真驗證了改進對偶次梯度算法具有很好的收斂性，并且比傳統(tǒng)對偶次梯度算法的收斂速度快。
　　2）無線傳感器網絡是由大量能量有限的傳感器節(jié)點組成，一個傳感器節(jié)點的能量耗盡，可能導致整個無線傳感器網絡的癱瘓，從而縮短網絡

4、的生命周期。另外，視頻數據流的數據傳輸量遠遠大于傳統(tǒng)的標量數據，視覺傳感器節(jié)點需要消耗更多的能量對數據進行采集、處理、接收和轉發(fā)。因此，本文研究了在鏈路干擾和鏈路容量約束以及能量受限情況下傳輸視頻質量和網絡壽命的聯(lián)合優(yōu)化問題。在該問題模型中通過引入折中因子來權衡網絡壽命和傳輸視頻質量相對重要程度，并引入映射參數保證兩個目標函數在同一數量級上。模型建立后，建立相關問題的對偶問題，并利用可分布式執(zhí)行的改進對偶次梯度算法對其求解。Matlab

5、仿真結果表明：該算法可以快速收斂到聯(lián)合優(yōu)化問題的全局最優(yōu)解。實現(xiàn)了提高傳輸視頻質量的同時并且盡量延長網絡的壽命的目的，從而改善了整個網絡性能。
　　3）在無線傳感器網絡中，基于單路徑的視頻傳輸可能造成網絡傳輸負載不均衡，導致某些視覺傳感器節(jié)點能量提前耗盡，以及某些無線鏈路出現(xiàn)擁塞。進而縮短了網絡生存周期，造成傳輸延時，以及剩余能量不均衡等問題。針對該缺點，本文提出了多路徑情況下傳輸視頻質量與網絡壽命聯(lián)合優(yōu)化問題模型。該模型考慮了鏈