无线多媒体传感器网络中跨层协作通信关键技术的研究

随着多媒体信息感知技术日益成熟，将数据、语音、图像等多种业务相结合，具有低成本、低功耗、分布式且能够实现无缝覆盖的无线多媒体传感器网络(WMSN-Wireless Multimedia Sensor Networks)是未来通信系统的发展趋势。由于WMSN具有终端受体积、功耗的限制和通信质量要求高等特点，提高网络带宽、可靠性、延长网络寿命、服务质量保障等问题成为WMSN设计的主要目标。本项目旨在结合WMSN特点，利用跨层思想综合考虑协议栈各个层次，从多维资源联合优化和多中继协作路由两个角度，针对WMSN中协作通信所面临的若干关键难题展开理论研究，从系统整体上减少能量消耗，提高网络寿命，为我国在基于物联网的新一代信息技术革命中抢占先机提供理论保证。

随着多媒体信息技术迅速发展，无线多媒体传感器网络(WMSN-Wireless Multimedia Sensor Networks)应运而生，WMSN网络较传统的传感器网络更多地关注语音、图像、视频等多种大数据量、大信息量的多媒体业务，且具有低成本、低功耗、分布式特点，受到理论及业界的广泛关注，具有广阔的应用前景。本项目针对WMSN网络终端受体积、功耗的限制和通信质量要求高等特点，研究了如何提高网络带宽、吞吐量、延长网络寿命、服务质量保障等关键技术。结合WMSN特点，利用跨层思想综合考虑协议栈各个层次，重点研究了多域资源联合优化和多中继协作路由策略。通过本项目研究，最终提出了空时频用户多域QoS映射关系模型、高效合理的功率控制方案、性能优化的跨层协作路由和接入控制算法。基本研究方法及思路为：基于跨层数据共享，消除潜在的QoS数据矛盾性，充分利用不同网络层次间的数据互补性，在全局上建立空时频用户多域QoS目标关系模型，实现自适应QoS的跨层优化框架。此框架将是后续研究的理论依据和方法论。考虑给定的用户QoS门限(例如时延)，构建泛函目标函数，详细分析目标函数的泛函特性（如凸特性），并给出资源优化解决方法；在此基础上，结合我们前期工作所提出的多跳传感器网络联合信息处理和资源分配策略，结合WMSN多媒体业务特征，提出WMSN网络中多跳分布式MAC层协作调度机制；其次，针对多跳协作的WMSN特性，基于空时频用户多域QoS模型，根据无线多跳传输信道的空间复用性，建立多信道网络中多跳传输的链路层丢包模型，结合物理层的协作通信技术、数据链路层MAC竞争接入、网络层的分布式路由策略，针对多信道网络空间和频域上的双重复用特性，提出高效的跨层协作路由算法。相关研究成果均以理论创新为主，兼顾成果的实际应用，对WMSN网络的理论研究和实际发展具有重要的参考价值。