無線多媒體傳感器網絡節(jié)點體系結構設計要素
發(fā)布時間:2012/4/12 20:07:29 訪問次數(shù):1486
根據(jù)應用的相關性,為構建一種高性 FDLL4148 能低功耗的無線多媒體傳感器網絡硬件載體,節(jié)點在功能上既要滿足多媒體傳感網絡高速優(yōu)質數(shù)據(jù)傳輸、靈活狀態(tài)控制、實時監(jiān)控、自主定位等一系列功能,又必須具備較好的媒體系統(tǒng)集成度、較高的系統(tǒng)可靠性及擁有更強的智能化。
針對無線多媒體傳感器網絡高數(shù)據(jù)率,高帶寬,高穩(wěn)定性與實時性等要求,結合多媒體傳感器節(jié)點自身特點,無線多媒體傳感器節(jié)點體系結構將重點考慮以下設計要素。
(1)實時同步性
多媒體信息(尤其是音頻、視頻)對傳輸?shù)臅r延、同步要求很高,多媒體傳感器網絡應具有更強的媒體傳輸能力[16]。目前,多媒體傳感器網絡的帶寬資源及處理能力還相當有限。能否有效解決多媒體的實時傳輸問題,也是多媒體傳感器網絡實用化的關鍵。
(2)高可靠與低能耗
硬件設備的高可靠性要求節(jié)點的各個部件能夠在給定的外部環(huán)境變化范圍內正常工作。在可預知的溫度、濕度、壓力等外部條件下,傳感器節(jié)點的處理器、無線通信模塊、電源模塊要保證正常的功能。同時,傳感器部件要保證工作在各自的量程范圍內。另外,節(jié)點硬件在惡劣環(huán)境下要能夠穩(wěn)定工作,一方面系統(tǒng)在各種惡劣的氣候條件下不會損壞,另一方面所有測量探頭都能夠盡量接近檢測環(huán)境以獲得最真實的參數(shù)信息。
(3)可擴展性與可交互性
基于多媒體信息采集的應用需求,節(jié)點體系結構中的信息采集模塊將重點實現(xiàn)多媒俸信息的多樣性與媒體接口可擴展性,以多種媒體協(xié)作采集方式替代傳統(tǒng)傳感器節(jié)點的單一信息采集方式;同時,媒體終端將提供可視化的交互硬件平臺,完成多媒體信息的終端顯示。
(4)穩(wěn)定性與物理可靠安全性
多媒體傳感器系統(tǒng)的各功能部件必須能夠在給定的外部環(huán)境變化范圍內正常工作。既要求系統(tǒng)在各種惡劣的氣候條件下不會損壞,又需要所有多媒體采集模塊都能夠盡量接近檢測環(huán)境以獲得最真實的參數(shù)信息。物理可靠安全性則是決定多媒體無線傳感器網絡潛能是否能得到充分施展的一個關鍵所在。因此,對節(jié)點體系結構物理可靠性的考慮十分必要。
(5)低成本和低開銷
低開銷和低成本是傳感器網絡節(jié)點的基本要求。只有滿足了低成本的要求,才能將網路節(jié)點大量地布置在目標區(qū)域中,表現(xiàn)出傳感器網絡的各種優(yōu)點。低成本對傳感器各個部件提出了苛刻的要求。首先,供電模塊不能使用復雜而且昂貴的方案。其次,能源有限的限制又要求所有的器件必須是低功耗的。最后,傳感器不能使用精度太高、線性很好的部件,這樣會使傳感器模塊成本過高。然而這一方面,在傳統(tǒng)的無線傳感器領域已經有了較為理想的實現(xiàn)方案,對于無線多媒體傳感器網絡而言,由于傳感器模塊(含帶音頻、視頻及圖像傳感器)其奉身的開銷就遠大于傳統(tǒng)的(如溫度等)微型環(huán)境傳感器,而且在單位時間能耗上也是有過之而無不及,因此成本開銷問題將是制約無線多媒體傳感器網絡普及的一個瓶頸問題。
(6)網絡信息處理
傳感器網絡采集到的多媒體數(shù)據(jù)具有很大冗余性和時間及空間的關聯(lián)性。大量冗余信息在網絡中的傳輸勢必會造成網絡資源的嚴重消耗[17~19]。有必要研究如何利用在網計算來壓縮數(shù)據(jù)、實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步及任務協(xié)同處理,減少網絡業(yè)務流量,進而延長網絡工作壽命。
(7) QoS保障
QoS敏感是多媒體傳感器網絡的一個重要特征。多媒體傳感器網絡QoS體現(xiàn)在音視頻量、網絡時延、網絡能耗、覆蓋范圍、服務持續(xù)時間、媒體信息處理等方面,建立其QoS保障體系是多媒體傳感器網絡設計的關鍵問題。
(8)信息安全保證
傳感器網絡信息傳送也面臨著私密性考驗,既要求信息不能被篡改也不能被非授權用戶使用,而且多媒體信息對于私密性更加敏感。如何在計算資源受限中完成數(shù)據(jù)加密、身份驗證等,在破壞或受干擾的情況下可靠地傳輸正確的信息是一個重要的研究課題。
(9)海量數(shù)據(jù)存儲
廣泛分布的多媒體傳感器節(jié)點時刻感知并采集著環(huán)境中的音、視頻等各種類型信息,數(shù)據(jù)量相當巨大,其中一些很有價值的信息需要存儲起來供用戶查詢。如何將反映不同時期環(huán)境狀態(tài)的海量數(shù)據(jù)有效地存儲在網絡中,同樣是很有意義的研究工作。
根據(jù)應用的相關性,為構建一種高性 FDLL4148 能低功耗的無線多媒體傳感器網絡硬件載體,節(jié)點在功能上既要滿足多媒體傳感網絡高速優(yōu)質數(shù)據(jù)傳輸、靈活狀態(tài)控制、實時監(jiān)控、自主定位等一系列功能,又必須具備較好的媒體系統(tǒng)集成度、較高的系統(tǒng)可靠性及擁有更強的智能化。
針對無線多媒體傳感器網絡高數(shù)據(jù)率,高帶寬,高穩(wěn)定性與實時性等要求,結合多媒體傳感器節(jié)點自身特點,無線多媒體傳感器節(jié)點體系結構將重點考慮以下設計要素。
(1)實時同步性
多媒體信息(尤其是音頻、視頻)對傳輸?shù)臅r延、同步要求很高,多媒體傳感器網絡應具有更強的媒體傳輸能力[16]。目前,多媒體傳感器網絡的帶寬資源及處理能力還相當有限。能否有效解決多媒體的實時傳輸問題,也是多媒體傳感器網絡實用化的關鍵。
(2)高可靠與低能耗
硬件設備的高可靠性要求節(jié)點的各個部件能夠在給定的外部環(huán)境變化范圍內正常工作。在可預知的溫度、濕度、壓力等外部條件下,傳感器節(jié)點的處理器、無線通信模塊、電源模塊要保證正常的功能。同時,傳感器部件要保證工作在各自的量程范圍內。另外,節(jié)點硬件在惡劣環(huán)境下要能夠穩(wěn)定工作,一方面系統(tǒng)在各種惡劣的氣候條件下不會損壞,另一方面所有測量探頭都能夠盡量接近檢測環(huán)境以獲得最真實的參數(shù)信息。
(3)可擴展性與可交互性
基于多媒體信息采集的應用需求,節(jié)點體系結構中的信息采集模塊將重點實現(xiàn)多媒俸信息的多樣性與媒體接口可擴展性,以多種媒體協(xié)作采集方式替代傳統(tǒng)傳感器節(jié)點的單一信息采集方式;同時,媒體終端將提供可視化的交互硬件平臺,完成多媒體信息的終端顯示。
(4)穩(wěn)定性與物理可靠安全性
多媒體傳感器系統(tǒng)的各功能部件必須能夠在給定的外部環(huán)境變化范圍內正常工作。既要求系統(tǒng)在各種惡劣的氣候條件下不會損壞,又需要所有多媒體采集模塊都能夠盡量接近檢測環(huán)境以獲得最真實的參數(shù)信息。物理可靠安全性則是決定多媒體無線傳感器網絡潛能是否能得到充分施展的一個關鍵所在。因此,對節(jié)點體系結構物理可靠性的考慮十分必要。
(5)低成本和低開銷
低開銷和低成本是傳感器網絡節(jié)點的基本要求。只有滿足了低成本的要求,才能將網路節(jié)點大量地布置在目標區(qū)域中,表現(xiàn)出傳感器網絡的各種優(yōu)點。低成本對傳感器各個部件提出了苛刻的要求。首先,供電模塊不能使用復雜而且昂貴的方案。其次,能源有限的限制又要求所有的器件必須是低功耗的。最后,傳感器不能使用精度太高、線性很好的部件,這樣會使傳感器模塊成本過高。然而這一方面,在傳統(tǒng)的無線傳感器領域已經有了較為理想的實現(xiàn)方案,對于無線多媒體傳感器網絡而言,由于傳感器模塊(含帶音頻、視頻及圖像傳感器)其奉身的開銷就遠大于傳統(tǒng)的(如溫度等)微型環(huán)境傳感器,而且在單位時間能耗上也是有過之而無不及,因此成本開銷問題將是制約無線多媒體傳感器網絡普及的一個瓶頸問題。
(6)網絡信息處理
傳感器網絡采集到的多媒體數(shù)據(jù)具有很大冗余性和時間及空間的關聯(lián)性。大量冗余信息在網絡中的傳輸勢必會造成網絡資源的嚴重消耗[17~19]。有必要研究如何利用在網計算來壓縮數(shù)據(jù)、實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步及任務協(xié)同處理,減少網絡業(yè)務流量,進而延長網絡工作壽命。
(7) QoS保障
QoS敏感是多媒體傳感器網絡的一個重要特征。多媒體傳感器網絡QoS體現(xiàn)在音視頻量、網絡時延、網絡能耗、覆蓋范圍、服務持續(xù)時間、媒體信息處理等方面,建立其QoS保障體系是多媒體傳感器網絡設計的關鍵問題。
(8)信息安全保證
傳感器網絡信息傳送也面臨著私密性考驗,既要求信息不能被篡改也不能被非授權用戶使用,而且多媒體信息對于私密性更加敏感。如何在計算資源受限中完成數(shù)據(jù)加密、身份驗證等,在破壞或受干擾的情況下可靠地傳輸正確的信息是一個重要的研究課題。
(9)海量數(shù)據(jù)存儲
廣泛分布的多媒體傳感器節(jié)點時刻感知并采集著環(huán)境中的音、視頻等各種類型信息,數(shù)據(jù)量相當巨大,其中一些很有價值的信息需要存儲起來供用戶查詢。如何將反映不同時期環(huán)境狀態(tài)的海量數(shù)據(jù)有效地存儲在網絡中,同樣是很有意義的研究工作。
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