面向无线多媒体传感器网络的JPEG 2000图像编码算法

在资源受限的无线多媒体传感器网络(WMSNs)中进行图像编码和传输需要综合考虑能量消耗、压缩率和图像质量三者之间平衡的图像编码方案。对基于离散小波变换的图像编码算法的能耗进行建模分析,提出了一种适用于WMSNs的能量有效的JPEG 2000图像编码算法,根据网络条件和图像质量的限制,使用查找表来选择适当的量子化层级和小波变换层级以减少能量消耗。并采用半可靠的方案进行图像传输,节点根据剩余能量和数据优先级来决定转发或丢弃。仿真实验结果表明:所提出的方法能够在保证所要求图像质量的情况下,有效地降低无线传感器节点的计算和通信能耗。     

Adaptive image compression technique for wireless sensor networks

When using wireless sensor networks for real-time image transmission, some critical points should be considered. These points are limited computational power, storage capability, narrow bandwidth and required energy. Therefore, efficient compression and transmission of images in wireless sensor network is considered. To address the above mentioned concerns, an efficient adaptive compression scheme that ensures a significant computational and energy reduction as well as communication with minimal degradation of the image quality is proposed. This scheme is based on wavelet image transform and distributed image compression by sharing the processing of tasks to extend the overall lifetime of the network. Simulation results are presented and they show that the proposed scheme optimizes the network lifetime, reduces significantly the amount of the required memory and minimizes the computation energy by reducing the number of arithmetic operations and memory accesses.     

Research of energy efficient clustering algorithm for multilayer wireless heterogeneous sensor networks prediction research

In designing wireless sensor networks of image transmitting, it is important to reduce energy dissipation and prolong network lifetime. This paper presents the research on existing clustering algorithm applied in heterogeneous sensor networks and then puts forward an energy-efficient prediction clustering algorithm, which is adaptive to sensor networks with energy and objects heterogeneous. This algorithm enables the nodes to select the cluster head according to factors such as energy and communication cost, thus the nodes with higher residual energy have higher probability to become a cluster head than those with lower residual energy, so that the network energy can be dissipated uniformly. In order to reduce energy consumption when broadcasting in clustering phase and prolong network lifetime, an energy consumption prediction model is established for regular data acquisition nodes. Simulation results and the application in image clustering show that compared with current clustering algorithms, this algorithm can achieve longer sensor network lifetime, higher energy efficiency, and superior network monitoring quality.     

一种适用于无线多媒体传感器网络的JPEG图像编码算法

在资源受限的无线多媒体传感器网络中进行图像编码和传输,需要综合考虑能量消耗、压缩率和图像质量三者之间平衡的图像编码方案.研究无线多媒体传感器网络中视频监控图像序列的压缩,提出一种基于变化检测和改进JPEG算法的低复杂度图像编码方案.通过变化检测算法定位监控图像中的运动目标即感兴趣区域,仅传输兴趣区域以显著减少数据传输量...     

无线传感器网络中分布式小波压缩

无线传感器网络中传感节点的资源十分有限,为了减少无线传感器网络在数据通信时的能量消耗,提出了基于提升格式的分布式小波数据压缩算法及其简化算法.这种方法一方面把整个小波变换所需的计算量分布于各个节点之中,通过简化消除额外的计算和数据传输,而且对于每个节点来说,计算量都很小,易于实现.另一方面又能有效地消除无线传感器网络中节点内和节点间的信息冗余,大大节省了无线传输所消耗的能量.仿真结果表明,与经典的方法相比,在能耗和重构信号质量上都获得了良好的效果.     

一种低功耗无线传感器网络时间同步算法

间同步对无线传感器网络的应用至关重要,为提高同步精度,多数算法都以较多的消息交换或复杂的计算为代价来达到这一目的,因而能耗较大.为减少时间同步的消息交换开销,节约节点能量,提出了一种简单低功耗时间同步算法,该算法结合了单向广播同步机制和双向成对同步机制,有效利用网络中节点的广播信息,使网络中节点单跳广播域内只有一个下层节点与之进行双向成对同步,从而达到了减少消息开销和节约能量的目的.最后通过仿真验证了该算法的性能.     

BARC: A Battery Aware Reliable Clustering algorithm for sensor networks

Clustering in wireless sensor networks (WSNs) provides scalability and robustness for the network; it allows spatial reuse of the bandwidth, simpler routing decisions, and results in decreased energy dissipation of the whole system by minimizing the number of nodes that take part in long distance communication. Clustering allows for data aggregation which reduces congestion and energy consumption. Recent study in battery technology reveals that batteries tend to discharge more power than needed and reimburse the over-discharged power if they are recovered. In this paper, we first provide an online mathematical battery model suitable for implementation in sensor networks. Using our battery model, we propose a new Battery Aware Reliable Clustering (BARC) algorithm for WSNs. BARC incorporates many features which are missing in many other clustering algorithms. It rotates cluster heads (CHs) according to a battery recovery scheme and it also incorporates a trust factor for selecting cluster heads thus increasing reliability. Most importantly, our proposed algorithm relaxes many of the rigid assumptions that the other algorithms impose such as the ability of the cluster head to communicate directly with the base station and having a fixed communication radius for intra-cluster communication. BARC uses Z-MAC which has several advantages over other MAC protocols. Simulation results show that using BARC prolongs the network lifetime greatly in comparison to other clustering techniques.     

多媒体传感器网络中基于两跳簇结构的图像传输方案

与传统无线传感器网络节点能量绝大部分消耗在无线收发上不同,无线多媒体传感器网络中数据处理与传输能耗具有“均匀“分布的特点.通过分析表明,传统无线传感器网络簇结构下的数据传输策略并不适合于无线多媒体传感器网络.因此提出了一种基于两跳簇结构的图像传输方案,通过增加中继节点负责图像的压缩编码和转发,在减小相机节点图像传输能耗的同时,大大缓解了相机节点和簇头的图像处理能耗压力.仿真结果表明,该图像传输方案极大的延长了网络的生命周期,非常适合于能量有限的无线多媒体传感器网络.     

无线多媒体传感器网络图像通信性能分析

对无线视频传感器节点的图像通信活动进行研究,分析了其在资源受限的无线多媒体传感器网络中进行图像编码和传输的性能。对基于DCT和DWT的图像编码与传输的能量消耗和率失真进行建模分析。根据所建立的能量消耗与率失真模型,对有限的能量和传输带宽进行优化分配。根据监测场景的统计信息,调整编码中所使用的参数,以使得能量消耗最小化。仿真实验结果表明,所提出的方法在保证应用所需图像质量的情况,有效地降低了无线传感器节点的数据通信量和计算过程的能耗。     

WMSN中基于兴趣区域检测的JPEG编码算法

为了提高资源受限的无线多媒体传感器网络中视频监控图像序列的压缩效果,提出一种基于变化检测和DCT系数裁剪的JPEG图像编码方法。通过变化检测算法确定监控图像中的兴趣区域,对于兴趣区域保留全部DCT系数进行编码,在背景区域编码时对DCT系数进行裁剪。算法分析和仿真实验结果表明,提出的方法能同时保证高的压缩率和兴趣区域的图像质量,在图像质量和能量消耗之间达到了一个较好的平衡。     

一种分布式无线传感器网络跨层移动通信技术研究

针对无线多媒体传感器网络对带宽和实时性等的高要求,建立了一种基于能量优化和跨层协同交互的分布式多路径路由技术,并应用于移动通信领域。该技术采用了遗传算法优化节点传输多媒体数据能耗,建立节点剩余能量预测模型,根据感知能量建立跨层协同工作体系,以较小代价在动态无线网络拓扑中选择最优路径。仿真实验和数学分析表明,该技术能够高效地支持实时移动视频通信,适合于计算能力、存储能力和能量等受限的无线多媒体传感器网络。     

无线传感器网络的链路稳定成簇与功率控制算法

在能量有限条件下通过降低能耗来延长网络生存时间是无线传感器网络面临的重要挑战之一。在层次体系结构中,MAC层和网络层的能耗是影响系统能量有效性的关键,因此可以将这两层结合起来考虑,从网络跨层优化的角度来分析其能耗。针对现有典型成簇算法理论前提条件多、无法适应网络动态变化、不易在实际环境中实现的不足,结合功率控制理论及算法,基于跨层优化的策略提出了一种易于实现、能动态适应网络变化、能量有效的链路稳定成簇算法。该算法能在降低能耗的同时扩大网络的吞吐量。实验仿真结果表明,与现有的几种典型方案相比,新算法在保证网络稳定性的同时使网络具有了更大的有效吞吐量及更长的生存时间。     

基于最优刚性图的链路质量与能量的拓扑控制算法

针对目前无线传感器网络研究中网络能量利用率低和通信链路不可靠等问题, 提出一种基于最优刚性图的网络拓扑优化算法. 该算法通过建立包含链路质量和能量两方面内容的链路权值函数来构建链路可靠性强、能量利用率高的网络拓扑结构. 研究结果表明, 所构建的拓扑具有平均节点度低和链路性能好等优越特性. 仿真结果表明, 与现有拓扑控制算法相比, 所提出的算法能够更有效地减少能量消耗, 从而延长网络寿命.

     

无线传感器网络中一种近似Skyline 查询处理算法

由于无线传感器网络的能源有限,且在许多应用中Skyline 查询的部分结果即可满足用户需求,提出了一 种近似Skyline 查询处理算法,在满足用户查询需求的前提下最大化地节省能量.该算法仅需无线传感器网络中的部 分传感器节点回传其感知数据即可计算出Skyline 查询的一个近似结果集.由于该算法在处理查询时,每个传感器节 点只需考察自身数据信息即可决定是否回传其感知数据,而无须与其他传感器节点的感知数据进行比较,因此可以 避免大量的网内通信开销,从而节省网络能源.模拟环境下的大量实验结果表明,该算法可以根据用户的应用需求, 节能地处理传感器网络中的近似skyline 查询.     

采用权函数计时的无线传感器网络分簇算法

为进一步降低无线传感器网络的能耗,提出了一种采用权函数计时的无线传感网络分簇路由算法。算法构建了节点聚合度与剩余能量之间的权函数,并以此为标准进行计时分簇,根据各节点权函数值与计时时长的差异来选举合理的簇头。在该路由算法下,周期性的分簇过程中节点不需交换各自的节点聚合度信息,降低了网络通信量,进而降低了网络能耗。仿真实验结果表明该算法成簇收敛性好,成簇规模稳定,能有效延长网络生存周期。     

一种基于簇的无线传感器网络能量有效路由协议

由于传感器节点的电源能量、通信能力和计算能力都十分有限。为了提高无线传感器网络(W SNs)的生命周期,提出了一种基于簇的高效节能的传感器网络路由协议。该协议提出了基于最小成本路径的数据转发法并运用于簇内路由中。同时,为了减小簇头节点的能量开销,簇头之间采用了多跳中继的方式将采集的数据发送到基站。仿真证明:该协议与LEACH协议相比,其网络寿命提高了500%,此外,该协议还提高了传感器节点的能耗均衡性、网络扩展性和可靠性。     

A two-hop clustered image transmission scheme for maximizing network lifetime in wireless multimedia sensor networks

In traditional wireless sensor networks, normal sensor nodes which measure scalar physical phenomena like temperature, pressure and humidity usually compress the data before sending them out to minimize the communication energy consumption. However, this strategy may not be suitable for image transmission in wireless multimedia sensor networks. In the traditional clustering structure, when the camera-equipped node or the cluster head compresses the images, an energy hole will appear. This is a key factor that affects the lifetime of the network. To avoid the energy hole problem, a two-hop clustered image transmission scheme is proposed in this paper. In the proposed scheme, many redirectors are used to compress and forward the images for the purpose of reducing energy consumption of the camera-equipped node and the cluster head. With adaptive adjustment of the transmission radius in the camera cluster and tasks allocation based on the residual energy of the normal sensor nodes by the camera-equipped node, the energy consumption of the nodes in the network is balanced. The experimental results show that the proposed scheme can prolong the network lifetime dramatically in the case of the sensor nodes deployed densely.     

传感器网络中的分布式滚动时域状态估计

利用分布式滚动时域方法对无线传感器网络的状态估计问题进行研究,给出了基于量化测量值的滚动时域估计算法。在无线传感器网络的环境下处理分布式状态估计问题时,减少通信的成本是非常重要的一个环节,需要将观测值量化后再传送。以往的滚动时域估计方法无法处理量化观测值的状态估计问题,而本文的方法考虑了最严格的观测值量化情况即传感器只发送一个比特至融合中心的状态估计问题。与其它传感器网络中的状态估计方法相比,该方法减少了每一步的计算量。仿真结果验证了该算法的有效性。     

传送能量最小的传感路由算法

提出了一种传送能量最小MEP（Minimal Energy-consuming Path）的无线传感网络路由算法,该算法选择能使簇内节点总功耗小的节点作为簇头,避免Leach算法随机选择簇头导致簇内节点总功耗过大的弊端;在构造簇间路由树时,采用了距离幂作为代价权,克服了以最短长度距离作为代价权不能保证转发数据总功耗最小的弱点,实现了在多跳转发数据时总的传送能量最小。仿真结果证明MEP能够有效地延长网络的生命周期。     

无线传感器网络自适应链路层FEC控制策略*

提出一种适用于无线传感器网络的自适应链路层FEC控制策略。该策略基于Kalman滤波器预测当前的网络状态,在数据链路层采用FEC控制机制,根据FEC能耗分析的自身特性自适应地调整FEC参数n,以便改善无线传感器网络的通信性能,并建立单跳无线传感器网络模型和能量模型。数学分析和仿真验证表明,该策略能够有效地提高无线传感器网络数据传输的可靠性,降低无线传感器网络的能量消耗。