一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法采取了多個(gè)視頻節(jié)點(diǎn)協(xié)同合作，動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)度，選出合適的視頻傳感器節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行當(dāng)前視頻傳輸。本在無入侵狀態(tài)下，系統(tǒng)工作在靜態(tài)調(diào)度狀態(tài)，根據(jù)系統(tǒng)調(diào)度服務(wù)器分配的時(shí)間輪流進(jìn)入半激活狀態(tài)；在出現(xiàn)入侵狀態(tài)后，首先根據(jù)動(dòng)態(tài)群組調(diào)度，確定入侵區(qū)域，其他區(qū)域節(jié)點(diǎn)保持休眠狀態(tài)，再依據(jù)CPNS算法使得冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，采集發(fā)送節(jié)點(diǎn)處于激活狀態(tài)，區(qū)域其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)入半激活狀態(tài)。本發(fā)明結(jié)合了集中式和分布式的調(diào)度方法，提供的方法較好的解決了各視頻采集傳輸節(jié)點(diǎn)在能量消耗、能量均衡化、傳輸管理等方面所存在的問題，提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中視頻傳輸?shù)暮侠硇院湍芰烤狻?br> 【專利說明】一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中典型傳感器檢測(cè)和視頻監(jiān)控相結(jié)合的周界防護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在軍事和民用方面都有廣泛的應(yīng)用。一般情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通常要求連續(xù)工作很長一段時(shí)間內(nèi)不需要更換電池。優(yōu)化能量消耗，如最小化傳感器和通信的能量消耗去延長整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的存活時(shí)間是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)目標(biāo)。而對(duì)于無傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻傳感節(jié)點(diǎn)來說，相對(duì)于其他低功耗傳感器，其能量消耗較大。如果無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中視頻節(jié)點(diǎn)一直處于激活狀態(tài)，能量消耗結(jié)束，節(jié)點(diǎn)快速失效，整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將不能工作。
[0003]為了研究如何降低無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中分布式視頻節(jié)點(diǎn)的能量消耗，分布式調(diào)度方案通常可以分為單層網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)能調(diào)度方法和分層網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)能調(diào)度方法。目前單層網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)能調(diào)度方法主要的研究成果有Kumar提出的獨(dú)立調(diào)度機(jī)制來延長非對(duì)稱覆蓋網(wǎng)絡(luò)；Berman等人提出的休眠調(diào)度問題；Wu等人闡述的輕量級(jí)部署感知調(diào)度機(jī)制。分層網(wǎng)絡(luò)的分布式節(jié)能調(diào)度方法主要成果包括Heinzelman等人提出的低功耗自適應(yīng)按簇分層機(jī)制的調(diào)度方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]發(fā)明目的:本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法。
[0005]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置中心調(diào)度服務(wù)器控制所有傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)包括視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)兩類，將視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)組合成的任務(wù)節(jié)點(diǎn)，通過視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作，完成視頻協(xié)同調(diào)度監(jiān)控。
[0006]所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)設(shè)置三種狀態(tài)，分別為:休眠狀態(tài)、半激活狀態(tài)、激活狀態(tài)；其中休眠狀態(tài)下視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)休眠；半激活狀態(tài)下震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)單獨(dú)工作；激活狀態(tài)下視頻傳感器和震動(dòng)傳感器同時(shí)工作。3種狀態(tài)能耗是階梯變化的，可以保證在每個(gè)時(shí)刻整個(gè)系統(tǒng)的能耗合理分布。
[0007]當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有監(jiān)控到目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)入侵目標(biāo)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一直在靜態(tài)調(diào)度方式下工作；當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控到目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)入侵目標(biāo)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方式，選擇視頻節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，將采集到的視頻圖像傳輸?shù)綗o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的中心調(diào)度服務(wù)器。在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻調(diào)度中引入低功耗傳感器協(xié)同的方法，有效地節(jié)約了系統(tǒng)能耗。
[0008]在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，沒有監(jiān)控到目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)入侵目標(biāo)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)如果處于激活狀態(tài)，視頻傳感器和震動(dòng)傳感器都將工作，那么無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗勢(shì)必會(huì)很大。
[0009]因此針對(duì)無入侵的情況下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將采取靜態(tài)調(diào)度方式包括以下步驟:
[0010]1.中心調(diào)度服務(wù)器將整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平均分為L個(gè)部分(根據(jù)目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域的面積平均劃分，例如可以劃分為若干個(gè)大小相同的正方形)，每個(gè)部分都具有獨(dú)立的目標(biāo)入侵監(jiān)控的感知能力輪流掃描對(duì)應(yīng)的L個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域，完成對(duì)整個(gè)目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行掃描監(jiān)控；
[0011]2.每個(gè)部分的節(jié)點(diǎn)數(shù)根據(jù)各個(gè)部分的節(jié)點(diǎn)密度不同，中心調(diào)度服務(wù)器以每個(gè)部分節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量瓦作為依據(jù)來計(jì)算各個(gè)劃分區(qū)域的工作時(shí)間(半激活狀態(tài))。
【權(quán)利要求】
1.一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，其特征在于:在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置中心調(diào)度服務(wù)器控制所有傳感器節(jié)點(diǎn)，傳感器節(jié)點(diǎn)包括視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)兩類，將一個(gè)視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和一個(gè)震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)組合成一個(gè)任務(wù)節(jié)點(diǎn)，通過視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作，完成視頻協(xié)同調(diào)度監(jiān)控； 所述無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)設(shè)置三種狀態(tài)，分別為:休眠狀態(tài)、半激活狀態(tài)、激活狀態(tài)；其中休眠狀態(tài)下視頻傳感器節(jié)點(diǎn)和震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)同時(shí)休眠；半激活狀態(tài)下震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)單獨(dú)工作；激活狀態(tài)下視頻傳感器和震動(dòng)傳感器同時(shí)工作； 當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)沒有監(jiān)控到目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)入侵目標(biāo)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)一直在靜態(tài)調(diào)度方式下工作；當(dāng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控到目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域出現(xiàn)入侵目標(biāo)時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)度方式，選擇視頻節(jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，其特征在于:靜態(tài)調(diào)度方式包括以下部分: 中心調(diào)度服務(wù)器將整個(gè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平均分為L個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域，每個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域都具有獨(dú)立的目標(biāo)入侵監(jiān)控的感知能力，輪流掃描對(duì)應(yīng)的L個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域，完成對(duì)整個(gè)目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域的掃描監(jiān)控； 中心調(diào)度服務(wù)器根據(jù)每個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量￥計(jì)算各個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域的工作時(shí)間\； 所有目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域 掃描監(jiān)控結(jié)束后，更新各個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域節(jié)點(diǎn)的平均剩余能量g，重新開始掃描監(jiān)控。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，其特征在于: 處于半激活狀態(tài)的震動(dòng)傳感器檢測(cè)到入侵目標(biāo)后，中心調(diào)度服務(wù)器執(zhí)行以下步驟: 如果入侵目標(biāo)是首次出現(xiàn)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)監(jiān)控區(qū)域，選擇的振幅A最大的震動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)作為中心任務(wù)節(jié)點(diǎn)，將距離中心任務(wù)節(jié)點(diǎn)最近的一跳范圍內(nèi)的相鄰節(jié)點(diǎn)組成動(dòng)態(tài)群組Gi，群組Gi內(nèi)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)協(xié)作監(jiān)控入侵目標(biāo)，此時(shí)群組Gi內(nèi)節(jié)點(diǎn)均設(shè)為半激活狀態(tài)；在群組Gi內(nèi)，當(dāng)震動(dòng)傳感器的振幅A大于等于設(shè)定閾值時(shí)，從群組Gi內(nèi)選取發(fā)送能量消耗最小的視頻傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)為激活狀態(tài)，將采集的視頻發(fā)送至中心調(diào)度服務(wù)器；發(fā)送能量消耗的計(jì)算公式為:


4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，其特征在于: 在動(dòng)態(tài)群組內(nèi)，使用網(wǎng)絡(luò)覆蓋節(jié)點(diǎn)調(diào)度算法判定冗余節(jié)點(diǎn)，并使得冗余節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)，包括如下步驟: 各個(gè)節(jié)點(diǎn)在動(dòng)態(tài)群組內(nèi)組播消息，相互獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的信息；其中信息包括節(jié)點(diǎn)的ID、節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的剩余能量Ej以及節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)位置(Xj, y」)； 各個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到回復(fù)消息，更新自己的鄰居信息列表；
根據(jù)公式
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，其特征在于:平均剩余能量％的計(jì)算公式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)分布式視頻協(xié)同調(diào)度方法，其特征在于:各個(gè)目標(biāo)監(jiān)控子區(qū)域的工作時(shí)間\的計(jì)算公式為:

【文檔編號(hào)】H04N7/18GK103648097SQ201310596211
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】秦晅, 劉超, 卞志國 申請(qǐng)人:中國電子科技集團(tuán)公司第二十八研究所