CN101304386B - 一种多媒体传感器网络数据传输协作处理方法 - Google Patents

Abstract

多媒体传感器网络数据传输协作处理方法主要涉及到了一种传感器节点之间处理冗余的环境数据与合理地占用网络资源的方法。该种数据处理方法基于无线传感器网络节点的异构性，要求节点功能尽可能地分散，划分为普通传感节点1、视频传感节点2、音频传感节点3、多媒体簇头节点4、基站节点5以及接入节点6。既节约了能耗，又可以在无线网络中构建功能分散式协作处理机制，使得整体网络中的异类节点间互不干扰，易于维护；同类节点间可以互相协作更为合理地占用网络资源，更为有效地满足实际应用需求。

Description

一种多媒体传感器网络数据传输协作处理方法

技术领域

本发明涉及在无线传感器网络中传感器节点间数据传输协作的处理方法，属于嵌入式开发与计算机网络技术的交叉领域。

背景技术

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是微电子技术、Ad Hoc无线网络、分布式计算等信息技术发展和融合的产物。无线传感器网络节点间通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息。在军事、医疗、农业、矿业和环境监测等领域有着非常广泛的应用前景。

分布式多媒体通信系统是能够完成多媒体通信业务的、在物理结构上由若干个多媒体通信终端(节点)和交换设备经过形式各异的通信网络连接在一起所构成的多媒体通信系统。

而基于WSN的分布式多媒体通信系统即无线多媒体传感器网络(WirelessMultimedia Sensor Network，WMSN)是在传统无线传感器网络的基础上引入了音频、视频、图像等多媒体信息的感知功能，在扩充传统的无线传感器网络节点采样光度、湿度与温度等功能的同时实现了实时传输图像、视频与音频信息等更为精细与全面的环境监测。

在无线网络上传输视频、音频图像等多媒体信息除了要解决误码问题外，时延也是必须考虑的问题。图像属于不连续媒体，需要的平均传输速率不高。音频和视频属于连续媒体，音频信号传输速率低，但实时要求高，而视频信号则需要很高的传输速率。一方面，在多媒体应用中图像显示的时间很关键，图像的显示必须与其他媒介的展现同步或近似同步，因此传输和表示图像的总时延是一个十分重要的因素，而且图像等多媒体信息的传输必须有相当高的准确性，尽可能避免在传输中出现错误。另一方面，能耗问题始终是制约无线传感器网络自身发展的一个重大因素，传统的无线传感器网络节点上配备的电源装置已经远远无法满足无线多媒体传感器网络节点的需求。因此为了满足上述要求，无线多媒体传感器网络内的节点之间必须有较为合理的数据传输协作处理方法，在满足整体网络功能需求的同时，尽可能地减少单个节点的能耗。

目前提出的Ad Hoc网络中的数据传输协作方法已有很多，例如通过自组织算法了解本区域内的节点数再用轮询调度的方式来避免无线传感器网络中数据的碰撞问题；以及基于两跳簇结构的图像传输方案，通过增加中继节点在簇头与照相节点间多增加一跳来分散照相节点对于采样到图像数据的处理能力等。

发明人在研究过程中发现上述两种无线传感器网络的数据传输协作处理方案都存在一定不足：前者是群首节点按节点序号顺序查询群内站点是否有传输请求，该方案可以有效避免无线信道中的数据冲突，但顺序查询的方式对数据传输的实时性会造成相当大的影响；后者是在簇头节点与视频节点间通过增加中继节点负责图像的压缩编码，虽然在减小相机节点图像传输能耗的同时，能够缓解簇头节点图像处理的能耗压力，但多增加的一跳转发往往会对传输质量以及时延造成一定的影响，误码率增加以及长时延难以避免。

发明内容

技术问题：本发明的目的是针对现有技术中的不足，提供一种无线多媒体传感器网络中节点间的数据传输协作处理方法，该方法能够有效减少无线信道中的数据碰撞、减小网络开销与负载，同时尽可能地节约网络中节点的能耗，使得无线多媒体传感器网络能很好地适应网络节点异构性的需求，各个节点之间更为协调地完成各自的功能与任务。

技术方案：本发明对无线传感器网络中的节点提出了新的要求与部署方法，由于网络节点的异构性，即各类节点的处理能力、存储容量等存在较大的区别，根据不同种节点的功能可以划分多个功能子网，不同的功能子网之间采用不同的网络传输协议，对于同一种子网的各节点之间则采用相同的传输协议且各个节点之间通过特殊的信道监听方式来避免网络冲突的产生，采用带时间间隔帧的数据传输协作方法对节点采样到的数据进行过滤来减缓网络数据传输的开销与负载，从而有效提高整体无线网络中的数据传输能力，以实现功能分散式协同处理。

考虑到能耗、网络节点异构性等因素而采用的功能分散式协同处理机制，应尽可能地将传感器节点划分为多类具有不同功能的节点，某类节点只完成用户需求的一种或少数几种数据的采集。以避免单一的节点因功能复杂而导致耗能过快情况的发生。虽然从短期利益来看具备各种功能的节点可以同时满足用户所需的各种需求，但长远的角度来看，投放于监测区域的该类节点就会因为单体成本高但使用时期限短而造成网络资源与硬件节点资源的严重浪费。

在传感器网络中各类功能节点采用层次型拓扑结构控制，适合大规模部署网络，并且依据一定的机制来选择某些节点作为网络中的骨干节点，由各个骨干节点构成一个联通的网络来负责数据的路由转发。骨干节点对其临近区域内的其他工作节点进行管辖，通过一定算法自组建簇，与选择簇头。

本发明提出一种无线多媒体传感器网络中各类传感节点之间的数据传输协作处理方法，包括以下步骤：

步骤1)节点功能划分与类别确定：无线多媒体传感器网络中的节点按照不同功能可以划分为：普通传感节点：负责采集温度、光度与湿度环境信息；视频传感节点：捕获环境动态视频信息和图像信息；音频传感节点：采集环境音频信息；簇头节点：负责管理临近区域内的视频与音频传感节点，响应其传输请求；基站节点：汇聚不同种类传感节点发回的信息；接入节点：将环境信息接入因特网，传给远程终端；

步骤2)通信协议与通信方式的确定：无线多媒体传感器网络中节点间按照不同通信协议进行数据通信，普通传感节点之间使用ZigBee技术通信，多媒体传感节点与簇头节点间采用UWB技术传输数据，簇头节点之间也通过基于IEEE802.15.4a的Zigbee技术实现交互，基站节点需要同时支持Zigbee与WLAN，接入节点使用TCP/IP协议接入因特网并通过WLAN与基站节点通信；

步骤3)合理的节点投置方案：在传感器网络中节点的合理布置，既有利于整体网络动态拓扑结构的建立与维护，又有利于网络中各类节点互相协作完成网络提供的各种功能；

步骤4)冗余数据的过滤：无线传感器网络中传输的数据具有很大的冗余性和时空关联性，通过在编码过程中加入时间间隔帧来过滤去可能的具有冗余信息的环境数据，以达到减轻网络负担精简监测数据的效果；节点通过检查数据首部的时间间隔帧内容来判断先后传送的两项数据是否存在时间交集，来实现冗余重复数据的过滤；

步骤5)信道监测与碰撞避免：无线传感器网络中的某个节点完成采样数据后先检测当前网络中的信道占用情况，再根据实际的网络使用情况来判断此时此刻自身能否占用网络带宽，进行数据通信；避免了因为轮询或其他方法而造成的不必要的等待时延。

在较大规模的无线传感器网络中，信道容量受到很大的限制，为了有效避免多个数据源因发送数据而导致的网络中数据碰撞现象的发生，避免丢失数据包，使得网络中的各类传感器都能合理地占用有限的网络带宽。

有益效果：本发明与现有的一些无线多媒体传感器网络数据传输协作处理方案相比有如下几个优点：

(1)节点功能的细分，充分适应了异构性的需求，各类节点仅完成整体网络需求的一部分或某个功能，以避免单个节点因工作量过大而导致传送误码率与单位能耗的增加。只负责采集温度、光度与湿度的环境信息的普通传感节点工作于一定的通信协议之下，自组织地建立动态路由，不受多媒体传感节点的影响。另一方面，簇头节点之间通过特定的通信协议建立连接，而每个簇头节点只负责管理控制自身所属簇内的多媒体传感节点，并且只响应自身所在区域内的多媒体传感节点，在簇头节点之间要求通信的实时性、较远的通信距离以及较高的通信质量。在簇头节点与多媒体传感节点之间建立的通信需要满足足够的带宽，同时对通信距离的要求可以适当降低。因为单个簇头节点只要求控制其自身临近区域内的多媒体传感节点，为了防止相邻簇之间多媒体信号的串扰，可以适当减少簇头与多媒体传感节点之间的通信距离。基站节点相对的处理能力是所有节点中最庞大的，它需要同时兼容两种不同协议，负责汇聚各类环境数据，并及时传输给接入节点，再由接入节点通过有线或无线的方式接入Internet。受到能量限制，将基站节点原本功能中的接入Internet细分出来，由独立的接入节点完成，来减小基站节点的集成度与能耗，提高基站节点的可行性。

(2)有效缩短传感节点排队等候的时延，提高网络资源的利用率。对于多媒体信号而言，簇头节点与本簇内的多媒体传感节点取得联系，并在簇群最大允许多媒体传感节点数的范围内建立控制机制，向多媒体传感节点发送激活指令或响应其数据传输请求。本簇群内的各个多媒体传感节点首先监听本簇群信道内的信道占用情况，当第k个传感节点与簇头节点通信完毕后，信道便处于暂时的空闲态，此时如果第k+i个传感节点需要占用带宽，则无需等待簇头节点逐个查询后继的i个节点后才能调度到自身，只要一检测到网络中没有数据传输就立即向簇头节点发送传输请求，从而建立起数据通路。有可能存在如下现象，两个传感节点都需要占用网络带宽，而又同时监测到信道中没有数据信息。一种情况是因为节点间的单体差异而导致的处理速度不同，簇头节点收到各个节点传来的传输请求报文后，可以通过解析请求报文内部的时间间隔帧来判断传输次序的先后；另一种情况是簇头节点无法通过请求报文的时间间隔帧来判断出请求的先后(这种情况极少发生)，则可以通过随机算法得出最先响应的请求节点号，而对于其他请求节点则发回一个无效信号通知其自身重新转入监测状态。

(3)通过时间片有效过滤冗余数据，避免网络拥塞发生的几率，减轻网络负荷。簇头节点之间通过一定的通信协议建立连接并最终连入基站节点。每个簇头节点除了组织与控制临近区域内多媒体传感节点以外，受到无线信号衰减的制约，必须同时响应邻居簇头节点传送来的环境数据信息，在确保正确接收的情况下无损地转发给下一跳的邻居簇头节点。可能出现如下现象：某一簇头节点在转发上一跳邻居簇头节点发来的环境数据时，接收到自身所在簇内的多媒体传感节点发来的传输请求，通过分析时间间隔帧，当满足过滤要求时就回应请求节点，使其丢弃采样到的数据。该过滤要求可以根据不同的多媒体信息内容而有所不同。例如，图像数据可以精确到某一时间点，而对于视频与音频信息则可以是某一时间段。正在转发的数据和本簇群内多媒体传感节点采样到的数据在同一时间点或时间段时即为满足过滤要求或时间间隔帧存在交集。另一种情况是本簇群内多个多媒体传感节点传输数据的时间间隔帧存在交集时，簇头节点先检测传输请求数据包中的时间间隔帧，如果发现即将传输的数据与已经传输的具有相同时间间隔或满足过滤要求，则不接收即将进行数据传输的节点的数据。

(4)便于维护，有利于及时定位故障节点的位置。在无线多媒体传感器网络中，多媒体传感节点的有效使用时限比普通传感节点短，设备的精密度与其维护度以及维修率是成正比的。在实际使用中，某个多媒体传感节点不能正常采样环境数据时，由于无法正常工作的多媒体传感节点必定属于某个簇头节点管理的簇内，而定位簇群位置并不困难(通过相应的定位算法或者通过加入特定的标志符与簇群ID号来辨别)，后续定位具体的出错节点的难度就大大降低了。当多媒体数据传输出错时，可以排除普通传感节点影响或出错的可能性，同样的在普通传感数据出错时也可以排除多媒体传感节点的影响或出错的可能性。

附图说明

图1是无线多媒体传感器网络整体系统架构，

图2是多媒体传感节点功能模块模拟图，

图3是本发明中涉及的多媒体数据中的图像数据处理方法，

图4是本发明所涉及的多媒体簇头节点对于多媒体数据的处理方法，

图5是本发明中涉及的退避式信道监测与碰撞避免方法流程图。

以上的图中有：普通传感节点1，视频传感节点2，音频传感节点3，簇头节点4，基站节点5，接入节点6。

具体实施方式

本发明采用嵌入式软件与系统软件相结合的设计方法，基于相关硬件设备的支持，描述整个无线多媒体传感器网络中节点间的数据处理方法。应当明确，以下内容仅仅用来描述本发明而不作为本发明的限制。

无线多媒体传感器网络中基于不同资源子网的各类传感节点之间的数据传输协作处理方法有以下步骤：

步骤1)节点功能划分与类别确定。本发明所涉及的传感节点具体如下：

普通传感节点：由于传统无线传感器网络中的温度、光度与湿度传感器在体积与能耗上都远远小于无线多媒体传感器网络中多媒体传感器的体积与能耗，所以可以将上述三类传感器集成于普通传感节点之上，采用温度传感器DS18B20、光度传感器LX1970以及湿度传感器HS1101。普通传感节点完成的功能是通过LEACH算法自组织地建簇并采集周围环境中的温度、光度与湿度信息。通过判断节点能量剩余来选择簇头，响应簇内其他普通节点的数据传输请求，并将同类的邻居簇头发送来的环境数据转发。

音频传感节点：集成小型音频捕获设备，如麦克风或麦克风阵列的音频传感节点，负责收集周围环境的音频信息，采用微机电式(MEMS)集成硅微型麦克风MSM2C-S4045。启动后处于节能休眠状态，由远程控制中心发出的信号激活并转入音频捕获状态，在有限时间阶段内捕获定长的音频模拟信号，经过节点自身的模数转换模块处理后转换为数字信号并对其压缩编码后传送给无线通信模块返回。

视频传感节点：集成了微型摄像头，一方面负责录制监测区域内的视频信息，另一方面可以将工作模式切换为拍摄实时图像，同时兼备了网络快照的功能，采用GXT-M201串口视频模块。如果布置视频传感节点的区域内，对监测的时间连续性要求不是非常高，为了使整体网络运行顺畅无无误，可以进入快照模式，视频节点只传回监测区域内的现场图像信息，以满足普通监测的需求，其工作方式与音频节点相同。

多媒体簇头节点：是独立于多媒体传感器节点而存在的，本身并不携带任何传感器的节点。它负责管理自组织区域内的视频传感节点与音频传感节点的工作情况。并将其返回的音频、视频或图像信息传给的下一个多媒体簇头节点，最终将全部信息汇聚于基站节点，不会影响普通传感节点的工作。正常工作模式下一个簇头节点控制本簇内一定数量的多媒体传感节点，具体数量由实际情况而定。这里的簇头节点即多媒体簇头节点，它与普通传感节点通过LEACH算法自组织地选举出的簇头并不是同类节点。簇头本身属于普通传感节点，而簇头节点即多媒体簇头节点则是独立于多媒体传感节点与普通传感节点的另一种处理节点，对本簇内多媒体传感节点发来的数据流进行融合后传回基站节点。

基站节点：负责汇聚簇头节点与普通传感节点的簇头传回的环境数据，并与接入节点实现通信，其本身也不携带传感器。从无线多媒体传感器网络的整体来看，基站节点负责将大面积异构网络中的各类数据融合汇总，并将其根据不同实际应用需求分类后送入接入节点，这对基站节点的处理器处理能力与能量有很大的要求，可以选择16位或更高位的处理器芯片来完成各类数据的汇聚工作，而普通传感节点与多媒体传感以及簇头节点都可以采用ATmega128L处理器芯片。

接入节点：接入节点实际上是连接无线传感器网络与因特网的过度纽带，将基站节点汇聚的大量用户所需的监测数据信息送入因特网实现与远程应用终端或信息控制中心的信息交互。加入接入节点的目的实际也是为了减轻基站节点的复杂度与工作量，具体可以采用无线或有线的方式来接入Internet。

步骤2)通信协议与通信方式的确定。IEEE 802.15系列标准由IEEE协会的无线个人区域网络(Wireless Personal Area Network，WPAN)工作组主导制定。该系列标准主要应用于小范围的无线网络，其中IEEE802.15.4协议满足OSI-RM(开放系统互连参考模型)标准，定义了MAC(媒体接入控制)层和PHY(物理)层协议，基于IEEE802.15.4通信协议的无线传感器网络廉价、简单、功耗低，同时支持无线安全通信，基于该协议的Zigbee技术目前支持的最高速率为250kbps。Zigbee技术标准在设计过程中专门考虑了传感器网络的应用要求，在功耗方面、同步技术上以及安全问题方面都作了充分的考虑。

超宽带(Ultra Wide Band，UWB)技术，最早研究短距离高速无线连接问题，该项技术在通信领域的应用主要是组建无线个人局域网(WPAN)和无线多媒体网络。各种数字多媒体设备可根据需要，在小范围内组成自组织式的网络，距离在10m以内相互传送多媒体数据，UWB技术在采用无载波脉冲方式时，具有很强的穿透能力，因此广泛应用于探测成像设备。802.15.3a工作组的任务就是设计基于UWB的高数据传输率的物理层协议。2003年7月，802.15.4a工作组成立，其主要工作是定义支持低速率的UWB系统的标准。2005年1月，在美国加州Monterey举行的IEEE 802.15无线个人区域网络(WPAN)中期会议中，共有26项提案被正式公开发表在802.15.4a WPAN标准化会议上。

普通传感节点之间的通信是基于802.15.4通信协议的Zigbee通信技术，使用的是Chipcon公司的短距离无线RF模块CC2420，工作频段为2400MHz-2483.5MHz。多媒体传感节点包括视频传感节点和音频传感节点。多媒体簇头与自身管理的簇内各个多媒体传感节点之间的通信是基于UWB通信技术，使用的是Freescale公司生产的XS110通信模块，XS110芯片组使用DS-UWB方案，每秒数据率可达110Mbit，可在10米范围内进行多条高清晰音、视频流传输。多媒体簇头节点之间的通信也是基于802.15.4的Zigbee通信技术，使用的是nanotron technologies公司生产的nanopan 5361 2.4GHz ISM频段RF模块，基于该公司专有的ccs技术，支持长距离高数据率，具有更高的性能。nanopan5361包含了无线nanonet节点完整的RF部分，可降低开发风险缩短面市时间，该产品的内核为nanonet trx收发器芯片，可在户外900m和室内60m范围内提供2mbit/s的数据率。基站节点与接入节点之间使用的是基于WLAN技术的无线网卡。

步骤3)合理的节点投置方案。无线信号的强度随着通信距离的增加而不断衰减，这就必然导致通信强度与速率的降低，种种制约因素使得大规模无线传感器网络对节点的投置的密集程度有了特殊的要求。节点之间如果距离过近必然导致硬件资源的浪费与网络拥塞的发生，既会影响能源消耗，又会影响网络资源的使用；反之，如果节点之间的距离过远则不但会出现监测盲区而且会影响网络数据的正确性，使误码率大大增加。因此，如何有效而合理地投置节点就成为了制约WSN整体性能的因素之一。符合本数据处理方法的普通传感节点之间与多媒体簇头节点之间的参考投置距离是在节点实际通信距离的范围，即一跳通信范围以内，而大于一跳距离的三分之二；对于簇头节点与本簇内的多媒体传感节点间的投置距离是在符合UWB标准的10米范围以内。合理的节点投置方案有利于全网络资源的合理分配，使得各个节点可以更为简单的利用自组织算法来计算出邻居节点的位置并尽可能地避免重复路由的建立，最终达到各个节点将采样数据顺畅地传输回基站节点的目的。而在实际应用中，同类节点只转发同类节点之间的数据，对于其异类节的不符合“同同条件”的其它数据信号则不做出响应。具体的各类节点投布密度还需要以实际应用的需求来决定，节点数量既不是越多越好也不是越少越好。

在搭建起该无线多媒体传感器网络后，各个节点之间相互协作，共同完成用户对于网络数据信息采集的需求。在正常情况下，普通传感节点均匀的分布在监测区域，通过特定的算法与条件来选举出簇头，而多媒体簇头节点则通过自组织算法控制本簇内的视频与音频传感节点。普通传感节点的簇头之间以及簇头节点之间互相建立通信，传递从基站节点发来的控制指令，最终将指令下发到隶属于某个簇头或簇头节点管理的具体的传感节点上，使其工作于相应的工作模式之下。多媒体传感节点将采样的数据无线传输给簇头节点即多媒体簇头节点，再由簇头节点逐个转发回基站节点，普通传感节点也将采样的环境数据传给簇头，再由簇头建立起动态链路将信息发回基站节点，并由基站通过接入节点送入因特网供各种远程终端使用。基站节点和接入节点连接后将汇聚的大量环境数据信息通过接入节点送入因特网并由信息控制中心远程操控。总的来说，普通传感节点之间通过自组织方式建立路由，而簇头节点之间建立通信的同时每个簇头节点还需要控制其自身管理的临近区域内的多媒体传感节点并及时响应簇内数据传输请求。基站节点需要同时兼容基于Zigbee与WLAN的节点数据通信。接入节点再将数据送入因特网传给远程信息控制中心或其他远程应用设备。

步骤4)冗余数据的过滤。一种可行的视频及音频处理方案是带采样时间间隔帧的数据融合技术。在簇间距相对较近的情况下，各个多媒体簇头节点在转发其邻居簇头节点传送来的图像信息时，对于具有相同时间间隔帧的数据，即采样时间间隔存在交集，可以丢弃自身所在簇内的多媒体传感节点采样到的图像信息，只转发邻居簇头节点传送来的图像数据，如图4所示。对于视频信息，除了人为地指定视频录制的时间以外，也可以同样限定某一较大的时间间隔帧，本簇的簇头节点同样丢弃邻居簇头节点传送来的时间间隔存在交集的视频数据，音频数据也可以延用视频数据流的处理方法。例如某簇头节点收到本簇群内的视频传感节点发来的传输请求报文后检验其时间间隔帧，如果该帧内的时间间隔与当前自己正在转发的相邻簇头节点的数据携带的时间间隔帧内容有交集，那么就不响应自身簇群内视频节点的传输请求。如果已经响应了本簇内的传输请求，先判断邻居簇头节点后继发来的数据传输请求信号中的时间间隔帧，如两者存在交集则不响应邻居簇头的数据传输请求，该种情况下即将转发数据的邻居簇头节点寻找另一个簇头节点作为数据转发的中继。可以根据实际应用需求来选择使用该方法，以避免在监测时间连续性要求较低的情况下，重复图像或视频、音频的出现。以下举例说明。

在邻居簇头节点转发来的数据和本簇内其他多媒体传感节点发来的传输请求并发的情况下，假设本簇群内簇头节点优先相应邻居簇头节点的转发数据请求。当前簇头节点正在转发或正要转发的多媒体数据首部时间间隔帧内容为9:30～9:40，采样时长为10分钟。与此同时，该簇头节点接收到本簇群内的多媒体传感节点的传出请求，时间间隔帧内容为9:36～9:46，对比先后两个时间间隔帧内容从9:36到9:40是共有时间间隔，则认为该两组数据的时间间隔帧存在交集。另外，用户可以自主地选择是否启用该种数据过滤方法。在节点密度较大时，冗余时间数据的重复出现不仅对于监测没有显著的帮助，反而会极大地占据网络带宽，造成传输时延。

如图3所示，在采样到原始的图像数据后先对其进行图像压缩(可以采用JPEG压缩)，再对压缩后的图像数据进行编码，在编码后所得的数据帧队列前插入本地采样时间间隔帧，最后通过视频节点上集成的UWB通信模块发送给簇头节点。读取该时间间隔数据后在节点的传输请求报文中也加入时间间隔帧，以满足实际的通信需求。

步骤5)退避式信道监测与碰撞避免。该方法的提出是受到基于TCP/IP协议的数据总线上的载波监听、多点接入/冲突检测技术的启发。此方法有效避免了节点能量与传输等待时间的损耗，各个节点只需在进行数据传输前先监测当前信道中是否有同通信协议与相同数据包格式的数据信息，如果有就停止发送，等待一定时间以后再重复监测，直到某一时间点时信道内没有同协议同数据包格式的数据便立即进行数据发送。这里强调的相同通信协议与相同格式的数据信息是有一定原因的，在普适计算环境中无线电波及其他各种信号无所不在、无时不有，但具体通信格式都会根据实际应用而有所不同。处于监听状态下的传感节点无时不刻都处在接受状态，所以辨别接受到的数据是否是与自身网络相关的数据就尤为重要了。当监测到符合本系统定义的数据帧格式数据时才对接收到的数据进行分析与处理，而对于接收到的不符合本系统数据格式的其他数据就可以丢弃而不做任何处理。在本网络中各个节点都处于正常工作模式下，当多媒体簇头节点接收到普通传感节点的数据时就可以丢弃，只有接收到本簇内多媒体传感节点或邻居簇头节点的数据时才做出响应，如此来实现不同通信协议的不同传感节点工作于同一主干网络之下而互不干扰。基站节点对处理能力有较高的要求就是为了满足能同时响应庞大的数据传输请求。

本方法的流程如图4所示。簇内传感节点处于正常工作状态时，首先由嵌入式程序预定义计数器1、2、3并初始化。定义三个常数满足常数1、2、3依次增大。该方法开始后，首先判断计数器2的值是否小于常数2，如果大于则跳出；反之，先使自身节点进入接收状态，然后判断是否接收到同通信协议同数据格式的数据，如果满足以上“同同条件”则必然会接收到一定数量的前导码，该前导码可以根据实际应用而定。如果没有接收到符合应用需求的特定格式的前导码，就清零计数器1，并计数器2加1；反之，计数器1加1。当接收不到任何符合应用需求的前导码信息，即信道空闲时计数器2会一直累加直到等于常数2后跳出监听程序，再转入数据发送。以上步骤完成后判断是否接收到常数1个前导码，如果否，则不做任何操作；反之，计数器2清零，即接收到大于常数1个前导码后就代表此时信道中有符合“同同条件”的数据传输，为了避免碰撞的产生，将计数器2清零，在完成后续操作后重新返回START并判断计数器2的值。之后计数器3加1，再判断计数器3是否大于常数3，如果不大于就返回程序首部；反之，跳出终止。有如下特殊情况存在，能监测到网络中存在前导码，但数量小于自定义的常数1，整个监听程序只会使计数器1累加，计数器2的值始终为0无法成为程序跳出的判断条件。所以计数器3就成为了该种特殊情况下跳出监听程序的关键，并且跳出后不再转入数据发送状态而直接终止本次操作。计数器1为前导码计数器，负责累计接收到的前导码的数量。计数器2是单次监听次数计数器，主要限制监听次数。计数器3为强制退出计数器，负责特殊情况下强制退出监听程序的功能，是计数器2以外的确保程序安全避免程序陷入死循环的计数器。

Claims (1)

1.一种多媒体传感器网络数据传输协作处理方法，其特征在于该方法的步骤如下：

步骤1)节点功能划分与类别确定：无线多媒体传感器网络中的节点按照不同功能可以划分为：普通传感节点(1)：负责采集温度、光度与湿度环境信息；视频传感节点(2)：捕获环境动态视频信息和图像信息；音频传感节点(3)：采集环境音频信息；多媒体簇头节点(4)：负责管理临近区域内的视频与音频传感节点，响应其传输请求，该多媒体簇头节点是独立于多媒体传感节点而存在的、本身并不携带任何传感器的节点，它负责管理自组织区域内的视频传感节点与音频传感节点的工作情况，并将其返回的音频、视频或图像信息传给的下一个多媒体簇头节点，最终将全部信息汇聚于基站节点，不会影响普通传感节点的工作；基站节点(5)：汇聚不同种类传感节点发回的信息；接入节点(6)：将环境信息接入因特网，传给远程终端；

步骤2)通信协议与通信方式的确定：无线多媒体传感器网络中节点间按照不同通信协议进行数据通信，普通传感节点之间使用ZigBee技术通信，多媒体传感节点即视频传感节点(2)和音频传感节点(3)，多媒体传感节点与多媒体簇头节点间采用UWB技术传输数据，多媒体簇头节点之间也通过基于IEEE802.15.4a的Zigbee技术实现交互，基站节点需要同时支持Zigbee与WLAN，接入节点使用TCP/IP协议接入因特网并通过WLAN与基站节点通信；

步骤3)合理的节点投置方案：在传感器网络中节点的合理布置，既有利于整体网络动态拓扑结构的建立与维护，又有利于网络中各类节点互相协作完成网络提供的各种功能；普通传感节点之间与多媒体簇头节点之间的参考投置距离是在节点实际通信距离的范围，即一跳通信范围以内、而大于一跳距离的三分之二；对于多媒体簇头节点与本簇内的多媒体传感节点间的投置距离是在符合UWB标准的10米范围以内；

步骤4)冗余数据的过滤：无线传感器网络中传输的数据具有很大的冗余性和时空关联性，通过在编码过程中加入时间间隔帧来过滤去可能的具有冗余信息的环境数据，以达到减轻网络负担精简监测数据的效果；节点通过检查数据首部的时间间隔帧内容来判断先后传送的两项数据是否存在时间交集，来实现冗余重复数据的过滤；

步骤5)信道监测与碰撞避免：无线传感器网络中的某个节点完成采样数据后先检测当前网络中的信道占用情况，再根据实际的网络使用情况来判断此时此刻自身能否占用网络带宽，进行数据通信；避免了因为轮询或其他方法而造成的不必要的等待时延。

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