曾玲

【摘 要】多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的信息獲取處理技術(shù)，已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用。本文梳理了網(wǎng)絡(luò)傳感器的概念，并討論了當(dāng)前技術(shù)下多媒體傳感器的特點(diǎn)?；诖吮疚目偨Y(jié)出目前多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展，并作出展望。

【關(guān)鍵詞】多媒體；傳感器網(wǎng)絡(luò)；監(jiān)測(cè)

隨著社會(huì)各個(gè)方面的的迅速發(fā)展，把握好當(dāng)前事物的狀況才能進(jìn)一步促進(jìn)社會(huì)發(fā)展，因此多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究和應(yīng)用成為這個(gè)議題下的重要研究方向。要理解好當(dāng)前社會(huì)背景下對(duì)于多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的需求，就應(yīng)該首先對(duì)這個(gè)概念做出針對(duì)性的理解。

一、傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般由3大部分構(gòu)成，分別是多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)以及控制中心等。其中，多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)通常是分布在一些特定的感知范圍中，節(jié)點(diǎn)在收集到數(shù)據(jù)之后，經(jīng)由沿途的其他節(jié)點(diǎn)慢慢輸送，借助“多跳”路由，傳輸?shù)较乱粋€(gè)點(diǎn)——匯聚節(jié)點(diǎn)，最終，經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)/通信衛(wèi)星，將所收集到的信息輸送至控制中心。此后，在控制中心內(nèi)，用戶對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)予以合理的處理，以向各節(jié)點(diǎn)傳達(dá)監(jiān)測(cè)的具體任務(wù)，且對(duì)監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行收集。

（一）多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)

其中主要包含通信模塊的微型嵌入式節(jié)點(diǎn)、傳感器、數(shù)據(jù)處理單元，通過各種各樣的、內(nèi)置的傳感器，對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)環(huán)境的不同形式的物理現(xiàn)象進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如視音頻、紅外以及聲納等。該設(shè)備具備一般的通信、存儲(chǔ)以及處理等功能，但其水平并不強(qiáng)；另外，該設(shè)備的電力能源，源自于可攜帶能量的電池所提供。這一節(jié)點(diǎn)的主要作用就在于對(duì)周邊環(huán)境的圖像信息、視頻信息以及音頻信息等進(jìn)行收集，且對(duì)所收集到的信息做簡(jiǎn)單的處理，同時(shí)還需對(duì)其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)過來的數(shù)據(jù)予以相應(yīng)的處理，如融合。

（二）匯聚節(jié)點(diǎn)

從某方面而言，可將這一節(jié)點(diǎn)看作是一個(gè)多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)，只是相對(duì)功能較強(qiáng)，且能量供應(yīng)量、存儲(chǔ)內(nèi)存以及計(jì)算資源等更大；同時(shí)，也可將其視作為一個(gè)不具備監(jiān)測(cè)功能，只具備通信功能的一個(gè)網(wǎng)關(guān)設(shè)施。該節(jié)點(diǎn)有較強(qiáng)的通信、存儲(chǔ)以及處理功能，其主要作用在于和一些外部網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)系，如互聯(lián)網(wǎng)、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)等，同時(shí)對(duì)節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)任務(wù)加以有效的管控，且將所接收到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到外部網(wǎng)絡(luò)。

二、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

（一）較強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力

因?yàn)橐M(jìn)了許多大數(shù)據(jù)量的媒體（如視頻、音頻以及圖像等），因而多媒體傳感器的節(jié)點(diǎn)能力與網(wǎng)絡(luò)水平也隨之加強(qiáng)，這具體表現(xiàn)在采集、處理、存儲(chǔ)、收發(fā)以及能量的供應(yīng)等。其中，節(jié)點(diǎn)處理水平從最初的6MHz提升至十多兆，有的甚至能夠達(dá)到上百兆；而存儲(chǔ)能力的量級(jí)也發(fā)生了一定的改變，即由以往的KB發(fā)展為現(xiàn)今的MB。為了能夠充分滿足現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)中多媒體傳輸?shù)囊螅W(wǎng)絡(luò)帶寬資源同樣有所提升。

（二）有極為豐富的感知媒體

在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，同時(shí)存儲(chǔ)著諸多形式多種多樣的信息數(shù)據(jù)，例如文本、視音頻、圖像、控制信號(hào)等等。此外，其媒體的格式也呈現(xiàn)多樣化，其中不但擁有單值信息，同時(shí)還有流媒體信息，它們存在的目的就在于：為監(jiān)測(cè)任務(wù)而服務(wù)，以便能夠達(dá)到場(chǎng)景監(jiān)測(cè)的系統(tǒng)化、全面化以及精準(zhǔn)化。處理任務(wù)較為復(fù)雜：以往所使用的傳感器網(wǎng)絡(luò)，其收集數(shù)據(jù)的格式比較簡(jiǎn)單，且信息收集量比較少。

三、多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)針對(duì)大數(shù)據(jù)量復(fù)雜媒體信息的獲取處理和傳輸，對(duì)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件平臺(tái)體系架構(gòu)部署與覆蓋以及信息處理等方面要求有新的方法。本節(jié)就這幾方面具體闡述多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展。

（一）系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)直接關(guān)系到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)性能，而網(wǎng)絡(luò)性能又影響著其可用性。多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮部署能耗擴(kuò)展性靈活性及容錯(cuò)性等方面。如何利用多媒體傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)造功能強(qiáng)大結(jié)構(gòu)優(yōu)化性能優(yōu)良的多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)，是一個(gè)重要的問題。目前，國(guó)際上已有一些學(xué)者對(duì)通用傳感器網(wǎng)絡(luò)和多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)開展研究，提出了一些具有探索意義的模型。本節(jié)分別從層次結(jié)構(gòu)功能模型以及通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)的角度對(duì)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。

（二）多媒體信息處理

在傳感器節(jié)點(diǎn)能量通信帶寬計(jì)算處理能力等資源普遍受限情況下，在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中信息獲取傳輸展示中引入有效的信息處理技術(shù)可以提高多媒體業(yè)務(wù)的QoS。在多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)中，常用的信息處理技術(shù)包括壓縮編碼過濾以及數(shù)據(jù)融合?？紤]到多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)能量有限的顯著特點(diǎn)，可以利用分布式網(wǎng)絡(luò)中各級(jí)節(jié)點(diǎn)的不同處理能力，通過“在網(wǎng)計(jì)算”完成媒體信息壓縮編碼特征提取目標(biāo)識(shí)別以及冗余信息融合等處理；將數(shù)據(jù)量小信息量足的處理結(jié)果逐級(jí)上傳。這樣一方面可以減低節(jié)點(diǎn)傳輸負(fù)載節(jié)約網(wǎng)絡(luò)有限能量延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存時(shí)間；另一方面也提高了網(wǎng)絡(luò)的處理及響應(yīng)速度，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)性能。

（三）多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事民用商業(yè)中都具有非常廣闊的應(yīng)用前景。為了與傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相區(qū)分，我們主要對(duì)目前研究較為活躍的音視頻傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)。具體的應(yīng)用領(lǐng)域集中在交通監(jiān)控：對(duì)于交通樞紐環(huán)線公路以及高速公路的交通情況實(shí)施監(jiān)控，以統(tǒng)計(jì)通過的車數(shù)是否有非法目標(biāo)停靠是否有故障車輛，還可以提供有關(guān)道路堵塞的新情況，推薦佳行車路線以及提醒駕駛員避免交通事故等。例如，F(xiàn)lorida大學(xué)負(fù)責(zé)啟動(dòng)的ATSS（airborne traffic surveillance system）項(xiàng)目，利用裝備有視頻傳感器節(jié)點(diǎn)的 UAV（unmanned aerial vehicles）在空中對(duì)高速公路路面上的交通場(chǎng)景進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并以無線方式傳回地面視頻接收器。

四、小結(jié)

多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)新興的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展分支，在實(shí)際應(yīng)用的需求推動(dòng)下產(chǎn)生并發(fā)展，但是多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)要真正走向?qū)嵱?，需要解決很多極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)問題。未來需要在幾個(gè)重要的發(fā)展方向上實(shí)現(xiàn)突破：低延時(shí)的實(shí)時(shí)MAC技術(shù)；低延時(shí)、低能耗的路由關(guān)鍵技術(shù)；多媒體信息安全技術(shù)；面向多核和眾核的多媒體終端設(shè)備的研制和多模態(tài)軟件構(gòu)件技術(shù)的研究；高壓縮比的多媒體信息流壓縮編碼技術(shù)等。

參考文獻(xiàn)：

[1]MA HuaDong， TAO Dan，馬華東，等。Multimedia Sensor Network and Its Research Progresses多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)及其研究進(jìn)展[J].軟件學(xué)報(bào)，2006，17（9）：13-28。