[發明專利]一種無線網絡中的視頻傳輸方法及裝置

有效

• 申請號: 200710096658.7
• 申請日: 2007-04-19
• 公開（公告）號: CN101291430A
• 公開（公告）日: 2008-10-22
• 發明（設計）人: 王曉利;顧大慶
• 申請（專利權）人: 株式會社NTT都科摩
• 主分類號: H04N7/24
• 分類號: H04N7/24;H04L12/56;H04L29/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司
• 代理人: 王瑋

技術領域

本發明涉及一種無線網絡中的通信方法，尤其是涉及基于分簇結構的 無線傳感器網絡中的視頻傳輸方法，該方法利用中繼節點的隊列信息和不 同視頻子流的重要性，通過應用層驅動來實現對視頻子流的自適應協作中 繼轉發。

背景技術

無線傳感器網絡(WSN)是由大量傳感器節點通過無線通信技術自組 織構成的網絡。WSN能夠實現數據的采集量化、處理融合和傳輸應用。這 些應用一般不需要很高的帶寬，但是對功耗要求卻很高，大部分時間必須 保持低功耗。

與一般的被動網絡不同，無線傳感器網絡(WSN)具有獲取信息的能 力，并通過節點間自組織的網絡互連，形成了具有信息綜合處理能力的傳 感器網絡，因此，稱之為主動網絡。最近幾年，隨著傳感器節點成本的下 降，WSN已經開始在環境監測、醫療護理、軍事、交通等領域內得到應用。 雖然目前所討論的大多數傳感器節點只需要處理低速的數據(比如溫度、 濕度、距離、移動速度等等)，但是，隨著微處理器成本的下降，傳輸視 頻信息的傳感器網絡越來越受到人們的重視。這種傳感器網絡被稱為視頻 傳感器網絡(Video?WSN)。在未來，很多應用都將基于Video?WSN，例如， 遠程醫療，智能交通，緊急事件管理，智能大廈等等。

視頻WSN可以給人們帶來安全、便捷的生活方式。但是，視頻WSN也 有其自身的特點。首先，由于視頻信息的信息量較大，所以需要WSN中的 傳感器節點有較大的計算能力和處理能力，同時還要求網絡有比較大的傳 輸能力。其次，視頻信息對時延的要求比較敏感。因此，需要一種有效的 傳輸方案。

另外，傳輸視頻所消耗的能量比傳輸低速率的數據所消耗的能量要大 得多，而對于傳感器網絡而言，一個關鍵的設計目標就是要節省能量，延 長他的生存周期。因此，視頻WSN需要一個可靠，高效，節省能量同時又 降低硬件復雜度的傳輸方案。

從網絡結構來說，分簇的傳感器網絡更加適合于視頻流的傳輸。在簇 型結構中，一個大的傳感器網絡被劃為若干個簇，一個簇由簇頭(CH)節 點和普通節點組成，通常簇頭節點比普通節點具有更強的處理能力，因此 由簇頭節點來管理簇內的通信和簇間的信息傳輸。

這種簇型的結構適合視頻WSN，主要是出于兩方面的原因：首先，用 分級的結構來組建網絡，可以更有效地利用稀缺的資源，比如頻譜、帶寬 和功率等等；其次，由于相鄰節點收集到的視頻信息有很強的相關性，所 以簇頭節點對這些相關的信息做一個融合壓縮，可以避免傳輸冗余的信 息。

圖1示出了分簇的傳感器網路的示意圖。在圖1中，灰色的橢圓形圈 表示信號源節點，灰色的矩形表示簇頭(CH)節點，黑色的橢圓形圈表示 協作節點，空白的橢圓形圈表示普通節點，黑色矩形表示信宿節點。如圖 1所示，視頻WSN被分成若干個簇，在一個簇中，信號源采集到視頻信息 后，傳送給簇頭(CH)節點，由簇頭節點來對數據進行融合，去掉相關的 冗余信息，經編碼后傳遞給下一個簇頭節點或者是信宿(sink)節點。在 簇頭節點處，編碼方式采用分層或者可分級的編碼，以便獲得比較低的信 源速率和較好的圖像質量。

目前，在簇型網絡結構中，由于簇頭頻繁地傳輸信息，會導致簇頭的 能量消耗比普通節點大很多。另外，簇頭間的通信由于距離、接收緩存、 隊列等候時延等等的影響，也不能保證可靠的傳輸。為了解決這一系列的 問題，在WSN中引入了協作分集或者被稱為協作多輸入多輸出(MIMO)技 術，下文稱之為C_DIV(Cooperative?Diversity：協作分集)。協作中繼 最基本的思想就是選擇一些普通節點作為中繼節點，這些中繼節點被看作 是虛擬的天線陣列，并且用分布式的方式來實現空時編碼，以此獲得分集 增益，從而提高檢測的可靠性。