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无线多媒体传感器网络节点体系结构设计要素

发布时间:2012/4/12 20:07:29 访问次数:1480

    根据应用的相关性,为构建一种高性 FDLL4148    能低功耗的无线多媒体传感器网络硬件载体,节点在功能上既要满足多媒体传感网络高速优质数据传输、灵活状态控制、实时监控、自主定位等一系列功能,又必须具备较好的媒体系统集成度、较高的系统可靠性及拥有更强的智能化。
    针对无线多媒体传感器网络高数据率,高带宽,高稳定性与实时性等要求,结合多媒体传感器节点自身特点,无线多媒体传感器节点体系结构将重点考虑以下设计要素。
    (1)实时同步性
    多媒体信息(尤其是音频、视频)对传输的时延、同步要求很高,多媒体传感器网络应具有更强的媒体传输能力[16]。目前,多媒体传感器网络的带宽资源及处理能力还相当有限。能否有效解决多媒体的实时传输问题,也是多媒体传感器网络实用化的关键。
    (2)高可靠与低能耗
    硬件设备的高可靠性要求节点的各个部件能够在给定的外部环境变化范围内正常工作。在可预知的温度、湿度、压力等外部条件下,传感器节点的处理器、无线通信模块、电源模块要保证正常的功能。同时,传感器部件要保证工作在各自的量程范围内。另外,节点硬件在恶劣环境下要能够稳定工作,一方面系统在各种恶劣的气候条件下不会损坏,另一方面所有测量探头都能够尽量接近检测环境以获得最真实的参数信息。
    (3)可扩展性与可交互性
    基于多媒体信息采集的应用需求,节点体系结构中的信息采集模块将重点实现多媒俸信息的多样性与媒体接口可扩展性,以多种媒体协作采集方式替代传统传感器节点的单一信息采集方式;同时,媒体终端将提供可视化的交互硬件平台,完成多媒体信息的终端显示。
    (4)稳定性与物理可靠安全性
    多媒体传感器系统的各功能部件必须能够在给定的外部环境变化范围内正常工作。既要求系统在各种恶劣的气候条件下不会损坏,又需要所有多媒体采集模块都能够尽量接近检测环境以获得最真实的参数信息。物理可靠安全性则是决定多媒体无线传感器网络潜能是否能得到充分施展的一个关键所在。因此,对节点体系结构物理可靠性的考虑十分必要。
    (5)低成本和低开销
    低开销和低成本是传感器网络节点的基本要求。只有满足了低成本的要求,才能将网路节点大量地布置在目标区域中,表现出传感器网络的各种优点。低成本对传感器各个部件提出了苛刻的要求。首先,供电模块不能使用复杂而且昂贵的方案。其次,能源有限的限制又要求所有的器件必须是低功耗的。最后,传感器不能使用精度太高、线性很好的部件,这样会使传感器模块成本过高。然而这一方面,在传统的无线传感器领域已经有了较为理想的实现方案,对于无线多媒体传感器网络而言,由于传感器模块(含带音频、视频及图像传感器)其奉身的开销就远大于传统的(如温度等)微型环境传感器,而且在单位时间能耗上也是有过之而无不及,因此成本开销问题将是制约无线多媒体传感器网络普及的一个瓶颈问题。
    (6)网络信息处理
    传感器网络采集到的多媒体数据具有很大冗余性和时间及空间的关联性。大量冗余信息在网络中的传输势必会造成网络资源的严重消耗[17~19]。有必要研究如何利用在网计算来压缩数据、实现数据同步及任务协同处理,减少网络业务流量,进而延长网络工作寿命。
    (7) QoS保障
    QoS敏感是多媒体传感器网络的一个重要特征。多媒体传感器网络QoS体现在音视频量、网络时延、网络能耗、覆盖范围、服务持续时间、媒体信息处理等方面,建立其QoS保障体系是多媒体传感器网络设计的关键问题。

    (8)信息安全保证
    传感器网络信息传送也面临着私密性考验,既要求信息不能被篡改也不能被非授权用户使用,而且多媒体信息对于私密性更加敏感。如何在计算资源受限中完成数据加密、身份验证等,在破坏或受干扰的情况下可靠地传输正确的信息是一个重要的研究课题。
    (9)海量数据存储
    广泛分布的多媒体传感器节点时刻感知并采集着环境中的音、视频等各种类型信息,数据量相当巨大,其中一些很有价值的信息需要存储起来供用户查询。如何将反映不同时期环境状态的海量数据有效地存储在网络中,同样是很有意义的研究工作。

    根据应用的相关性,为构建一种高性 FDLL4148    能低功耗的无线多媒体传感器网络硬件载体,节点在功能上既要满足多媒体传感网络高速优质数据传输、灵活状态控制、实时监控、自主定位等一系列功能,又必须具备较好的媒体系统集成度、较高的系统可靠性及拥有更强的智能化。
    针对无线多媒体传感器网络高数据率,高带宽,高稳定性与实时性等要求,结合多媒体传感器节点自身特点,无线多媒体传感器节点体系结构将重点考虑以下设计要素。
    (1)实时同步性
    多媒体信息(尤其是音频、视频)对传输的时延、同步要求很高,多媒体传感器网络应具有更强的媒体传输能力[16]。目前,多媒体传感器网络的带宽资源及处理能力还相当有限。能否有效解决多媒体的实时传输问题,也是多媒体传感器网络实用化的关键。
    (2)高可靠与低能耗
    硬件设备的高可靠性要求节点的各个部件能够在给定的外部环境变化范围内正常工作。在可预知的温度、湿度、压力等外部条件下,传感器节点的处理器、无线通信模块、电源模块要保证正常的功能。同时,传感器部件要保证工作在各自的量程范围内。另外,节点硬件在恶劣环境下要能够稳定工作,一方面系统在各种恶劣的气候条件下不会损坏,另一方面所有测量探头都能够尽量接近检测环境以获得最真实的参数信息。
    (3)可扩展性与可交互性
    基于多媒体信息采集的应用需求,节点体系结构中的信息采集模块将重点实现多媒俸信息的多样性与媒体接口可扩展性,以多种媒体协作采集方式替代传统传感器节点的单一信息采集方式;同时,媒体终端将提供可视化的交互硬件平台,完成多媒体信息的终端显示。
    (4)稳定性与物理可靠安全性
    多媒体传感器系统的各功能部件必须能够在给定的外部环境变化范围内正常工作。既要求系统在各种恶劣的气候条件下不会损坏,又需要所有多媒体采集模块都能够尽量接近检测环境以获得最真实的参数信息。物理可靠安全性则是决定多媒体无线传感器网络潜能是否能得到充分施展的一个关键所在。因此,对节点体系结构物理可靠性的考虑十分必要。
    (5)低成本和低开销
    低开销和低成本是传感器网络节点的基本要求。只有满足了低成本的要求,才能将网路节点大量地布置在目标区域中,表现出传感器网络的各种优点。低成本对传感器各个部件提出了苛刻的要求。首先,供电模块不能使用复杂而且昂贵的方案。其次,能源有限的限制又要求所有的器件必须是低功耗的。最后,传感器不能使用精度太高、线性很好的部件,这样会使传感器模块成本过高。然而这一方面,在传统的无线传感器领域已经有了较为理想的实现方案,对于无线多媒体传感器网络而言,由于传感器模块(含带音频、视频及图像传感器)其奉身的开销就远大于传统的(如温度等)微型环境传感器,而且在单位时间能耗上也是有过之而无不及,因此成本开销问题将是制约无线多媒体传感器网络普及的一个瓶颈问题。
    (6)网络信息处理
    传感器网络采集到的多媒体数据具有很大冗余性和时间及空间的关联性。大量冗余信息在网络中的传输势必会造成网络资源的严重消耗[17~19]。有必要研究如何利用在网计算来压缩数据、实现数据同步及任务协同处理,减少网络业务流量,进而延长网络工作寿命。
    (7) QoS保障
    QoS敏感是多媒体传感器网络的一个重要特征。多媒体传感器网络QoS体现在音视频量、网络时延、网络能耗、覆盖范围、服务持续时间、媒体信息处理等方面,建立其QoS保障体系是多媒体传感器网络设计的关键问题。

    (8)信息安全保证
    传感器网络信息传送也面临着私密性考验,既要求信息不能被篡改也不能被非授权用户使用,而且多媒体信息对于私密性更加敏感。如何在计算资源受限中完成数据加密、身份验证等,在破坏或受干扰的情况下可靠地传输正确的信息是一个重要的研究课题。
    (9)海量数据存储
    广泛分布的多媒体传感器节点时刻感知并采集着环境中的音、视频等各种类型信息,数据量相当巨大,其中一些很有价值的信息需要存储起来供用户查询。如何将反映不同时期环境状态的海量数据有效地存储在网络中,同样是很有意义的研究工作。

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