一種多媒體傳感網實時調度方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于網絡通信技術領域，具體設及一種保障全局時延的無線多媒體傳感網 實時調度方法。
【背景技術】
[0002] 隨著無線通信技術及圖像音頻采集技術的進歩，無線多媒體監(jiān)控產業(yè)發(fā)展迅猛， 在安全監(jiān)控、交通管理、環(huán)境監(jiān)測、智能家居等領域發(fā)揮著重要作用。作為物聯(lián)網信息采集 源的重要組成部分，無線多媒體監(jiān)控豐富了物聯(lián)網應用，也為多媒體傳感器網絡提供了技 術支撐。
[0003] 目前無線多媒體監(jiān)控多采用嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)，通過監(jiān)控端反饋圖像數據傳輸信 息，圖像數據采集端根據反饋的數據傳輸信息控制視頻編碼率，當無線信道出現擁塞時，降 低編碼率W緩解擁塞造成的時延和丟包。但是基于嵌入式系統(tǒng)研究的無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān) 控形式單一，兼容性和拓展性較差，對促進物聯(lián)網多媒體傳感網監(jiān)控產業(yè)發(fā)展的作用微乎 其微。
[0004] 當前無線多媒體傳感網數據傳輸主要存在如下問題；多媒體數據處理和傳輸復雜 度高，且無線信道資源有限；多媒體數據流突發(fā)性強，速率波動劇烈，在某一STA數據出現 波動時，其實時性不能得到保障；在保障一個STA低時延的同時會影響同網絡中其他STA的 實時性W及全局網絡的實時性；在多個STA出現丟包且需要數據重傳時，如何提供基于多 媒體數據重傳包優(yōu)先級的區(qū)分服務W降低時延和錯誤敏感度。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對在無線多媒體數據傳輸過程中因網絡中各STA多媒體數據采集量波動性大， 而導致信道利用率低，使各STA實時性差，全局網絡時延惡化，信道資源分配不公平等問 題，提出了一種針對無線通信技術和多媒體信息采集技術兩者特點的無線多媒體傳輸調度 方法，本發(fā)明的技術方案如下；一種多媒體傳感網實時調度方法，其包括W下步驟：
[0006] 101、在多媒體傳感網中，超帖采用短超帖，將協(xié)調器AP在信標帖中分配給各站點 STA的數據傳輸階段劃分為點協(xié)調傳輸期PCTP，分布式協(xié)調傳輸期DCTP和多媒體數據采集 反饋期DAQFP，其中無線多媒體監(jiān)控站點STAi在超帖的多媒體數據采集反饋期DAQFP根據 采集多媒體數據量大小向協(xié)調器AP申請傳輸需求時間長度TXOPid^aW;
[0007] 102、協(xié)調器AP獲取當前多媒體傳感網的全局時延Delay和全局丟包率LR，并與無 線多媒體傳輸0〇5上限值〇61371;[1]1；[1:和]^?1;[1]1；[1:比較；計算得出待分配超帖中的點協(xié)調傳 輸期PCTP信道訪問時間長度和分布式協(xié)調傳輸期DCTP的信道訪問時間長度；
[000引 103、協(xié)調器根據步驟102計算出的待分配超帖中的點協(xié)調傳輸期PCTP和分布式 協(xié)調傳輸期DCTP的信道訪問時間長度；站點STACSMA/CA占用信道訪問時間傳輸重傳包； 跳轉至步驟104 ;當在分布式協(xié)調傳輸期DCTP時，跳轉至步驟109 ;
[0009] 104、各站點STAi在點協(xié)調傳輸階段PCTP下，判斷點協(xié)調傳輸階段PCTP的長度是 否大于所有站點STAi的申請傳輸需求時間長度TXOP之和；若是則跳轉至步驟105,否則跳 轉至步驟106 ;
[0010] 105、當點協(xié)調傳輸階段PCTP的長度大于所有站點STAi的申請傳輸需求時間長度 TXOPidem。。。之和時，則各站點STAi按照申請的申請傳輸需求時間長度TX0Pidem。。。分配給各站 點STAi;
[ocm] 106、當點協(xié)調傳輸階段PCTP的長度小于所有站點STAi的申請傳輸需求時間長度 TX0P之和，判斷是否還有站點STAi的數據未發(fā)送，若是則轉步驟107 ;否則轉步驟108 ; [0012] 107、若有數據未發(fā)送時，則優(yōu)先滿足站點STAi的申請傳輸需求時間長度 TXOPi demand；
[001引108、若沒有剩余數據未發(fā)送時，則等比例縮短站點STAi的申請傳輸需求時間長度 TXOPidemand；
[0014] 109、在分布式協(xié)調傳輸期DCTP時，各站點STAi根據重傳包數量和重傳次數大小 計算本STAi的仲裁帖帖間間隔AIFS[i]，跳轉至步驟110 ;
[0015] 110、本STAiWCSMA/CA方式占用信道訪問時間傳輸重傳包。
[0016] 進一步的，步驟101中多媒體傳感網中站點STA的數據傳輸，視頻傳感器和音頻傳 感器的最高采樣頻率分別為j化和曲Z，通過采用短超帖消除多媒體采集數據帖傳輸等待 時延，其中超帖長度SF計算公式為：
[0017] 進一步的，步驟101中站點STAi向協(xié)調器AP申請的傳輸需求時間長度為占用信 道實時發(fā)送多媒體采集數據所需的訪問時間，其中多媒體數據包括圖像、音頻和視頻，并均 W數據帖的形式進行傳輸，設傳輸需求時間長度申請為TXOPid^^d，其運算公式為：
[001 引
[0019] Li(t)表示STAi在當前超帖點協(xié)調傳輸階段未發(fā)送完的數據長度，Li(t+1)表示 STAi在當前時刻采集的數據長度，且需要在下一個超帖點協(xié)調傳輸階段進行傳輸，R表示物 理信道速率。
[0020] 進一步的，步驟102中的全局時延為所有站點STA時延的平均值，全局丟包率為協(xié) 調器AP未接收到數據包個數與所有站點STA發(fā)送數據包總數之比。
[002U 進一步的，步驟102中計算得出待分配超帖中的點協(xié)調傳輸期PCTP信道訪問時間 長度和分布式協(xié)調傳輸期DCTP的信道訪問時間長度具體為；協(xié)調器AP為時延、時延抖動超 過上限值P倍的STAi分配點協(xié)調傳輸階段實際信道訪問時間長度，0. 90<p<0. 95,且該時間 長度等于該STAi申請的傳輸需求時間長度TX0PAP為時延、時延抖動低于上限值P倍 的STAj.分配點協(xié)調傳輸階段實際信道訪問時間長度，設為TXOPj.，且該時間長度為丫倍該STAj申請的傳輸需求時間長度TX0Pwemand，比例系數丫的運算公式為：
[0022]
[0023]n表示網絡STA總數，k表示時延、時延抖動超過上限值P倍的STA個數，其中
得到，點協(xié)調傳輸時間長度PCTP為步驟2 中協(xié)調器AP分配當前超帖的點協(xié)調傳輸階段的信道訪問時間總長度。
[0024] 進一步的，步驟109中各站點STAi在分布式協(xié)調傳輸階段通過載波偵聽檢測信道 空閑后等待仲裁帖帖間間隔AIFS[i]的時間長度，隨后進行載波偵聽+退避，最后接入信 道。AIFS[i]的運算公式為：
[0025] 孤ST/]二「/I/化W郵。
[0026] AIFSN[i]表示仲裁帖帖間間隔個數，0表示時隙長度。AIFSN[i]的運算公式為：
[0027]
[002引 NoRPi表示STA厘傳包總數，RTimesKPk表示數據包k的重傳次數，1和m為權重比 例系數。
[0029] 進一步的，步驟/110中，各STAi在分布式協(xié)調傳輸階段傳輸多媒體數據重傳包重 傳次數上限滿足LimoVideoRTimes〉LimoVoi ceRTimes〉LimoPicRTimes，LimoVideoRTimes 表示視頻數據重傳次數上限，LimoVoiceRTimes表示音頻數據重傳次數上限， LimoPicRTimes表示圖像數據重傳次數上限，并且根據視頻數據視頻帖類型的不同，滿足 LimoVideoRTimeSi〉LimoVideoRTimeSp〉LimoVideoRTimesB，LimoVideoRTimes康示I帖重傳 次數上限，LimoVideoRTimeSp表示P帖重傳次數上限，LimoVideoRTimes B表示B帖重傳次 數上限。重傳次數超過上限值將被丟棄。
[0030] 本發(fā)明的優(yōu)點及有益效果如下：
[0031] 無線多媒體數據傳輸信道訪問過程中，考慮多媒體傳感網中視頻傳感器和音頻傳 感器的最高采樣頻率分別為32. 0化和44.mz，為了解決多媒體傳感器在每個超帖中從采 集數據到發(fā)送數據的固定時延，方案規(guī)定超帖最大長度應小于22ms，并將超帖分為PCTP(S 301)+DCTP(S302)+DAQFP(S303)S個階段，各階段主要功能；
[0032]PCTP階段W點協(xié)調調度方式為基礎，主要用于傳輸實時多媒體數據，AP按照輪詢 列表依次輪詢各個STA，并為本STA分配TX0P，各STA在各自的TX0P期間依次向AP傳輸實 時多媒體數據包（S304)。AP記錄各STA傳輸情況，并在應答包ACK中反饋對前一STA接收 到的數據包編號。STA接收AP發(fā)送的反饋信息并檢查是否全部數據發(fā)送成功，若發(fā)生丟包 或錯誤包（S305)將在下一超帖的DCTP階段W分布式競爭方式重傳數據包；
[0033] DCTP階段W具有數據重傳包優(yōu)先級的區(qū)分服務為基礎主要用于STA重傳數據包， W及新STA入網，其接入過程也在DCTP階段完成；
[0034]DAQFP階段主要用于各STAWTDMA的方式向AP發(fā)送多媒體數據TX0P傳輸需求申 請包（S306)。STA根據采集的多媒體數據量大小，向AP申請下一超帖中的TX0P，W滿足自 身的多媒體數據實時傳輸需求。
[0035] 根據多媒體數據的特點和所述的超帖功能，提出了根據各STA多媒體采集數據量 大小進行TX0P動態(tài)分配的技術策略。在每個超帖結束時，各個STA通過DAQFP階段向AP 發(fā)送多媒體數據TXOP傳輸需求申請包，其信息包括需要在下一超帖中發(fā)送的多媒體數據 的長度和當前超帖未發(fā)送完的剩余多媒體數據的長度。AP通過收集各STA的TX0P申請信 息，在下一超帖的PCTP階段為各STA動態(tài)分配TX0P(S307)，并將TX0P分配信息添加到信標 帖中，W便各STA知曉自己在PCTP階段的信道訪問時間長度。采用該技術方案很好的解決 了多媒體數據流量突發(fā)