【摘 要】本文簡述了跨層交互分布式路由技術(shù)及其實現(xiàn)過程，分析和評價了該技術(shù)的性能。研究證實，跨層交互分布式路由技術(shù)能夠滿足無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的運行要求。

【關(guān)鍵詞】跨層交互分布式 路由技術(shù) 無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò) 遺傳優(yōu)化算法

傳統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)移動通信技術(shù)提出的基礎(chǔ)是能量受限無限動態(tài)特征等問題，則其難以保障無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的高質(zhì)量?；诖?，研究一種分布式無線傳感器網(wǎng)絡(luò)跨層移動通信技術(shù)具有現(xiàn)實意義。本文提出了一種分布式多路徑路由技術(shù)，以此滿足無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的諸多高要求。

一、跨層交互分布式路由技術(shù)

有向圖G（V，E）通?？捎脕砻枋鰺o線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)（V為多媒體傳感器節(jié)點集合；E為視頻數(shù)據(jù)傳輸無線信道集合）。如果把N個節(jié)點隨機(jī)分布開來，則各分簇所涵蓋的多媒體傳感器節(jié)點可用（O（1） ≤n≤0（N））來表示。O（i）為多媒體傳感器節(jié)點的分簇；dij為O（nj）與O（ni）間的一跳通信距離；γ為多媒體傳感器節(jié)點的直接通信距離；ω為節(jié)點信號發(fā)射的干擾半徑。就丟失或出錯的視頻數(shù)據(jù)而言，可通過MPECG-4視頻幀將其分成P幀/I幀/B幀的數(shù)據(jù)包，并分別用FEP/FEI/FEB來描述。

跨層交互分布式路由技術(shù)以遺傳優(yōu)化算法預(yù)測模型為基礎(chǔ)，其工作體系結(jié)構(gòu)總體而言，跨層交互分布式路由技術(shù)的實現(xiàn)過程如下：視頻數(shù)據(jù)發(fā)送源節(jié)點以無線方式向接收節(jié)點或相鄰節(jié)點廣播消息→待來自源節(jié)點的廣播消息傳送到各個分簇的相鄰節(jié)點后，其便隨即向源節(jié)點原路反饋確認(rèn)信息→源節(jié)點通過確認(rèn)信息獲取分簇區(qū)域的定位信息→采用遺傳優(yōu)化算法對對應(yīng)區(qū)域的節(jié)點感知能量作出預(yù)測，同時把預(yù)測消息發(fā)送給對應(yīng)的分簇→簇頭節(jié)點對簇內(nèi)節(jié)點的剩余能量進(jìn)行收集，同時把收集結(jié)果反饋到源節(jié)點（如此循環(huán)往復(fù)，直至形成一個剩余能量、感知能量及二者比值的二維表，同時選出一條滿足視頻數(shù)據(jù)接收節(jié)點比值的最大路徑）→以跨層協(xié)同路由機(jī)制為基礎(chǔ)創(chuàng)建出協(xié)同合作分布式路由。

二、層交互分布式路由技術(shù)性能分析及評價

根據(jù)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)分布式跨層交互路由算法的體系結(jié)構(gòu)，比較分析協(xié)作路由技術(shù)、非協(xié)同路由技術(shù)與MATLAB、NS-2在系統(tǒng)吞吐量、系統(tǒng)能效、分組遞交率上的性能。表一詳細(xì)地列出了實驗的各項參數(shù)。

本實驗旨在研究MATLAB對基于遺傳優(yōu)化算法的協(xié)作路由技術(shù)與跨層交互分布式路由技術(shù)的實現(xiàn)。此外，用Nakagami_m信道來代表無線鏈路信道；QAM-VSB調(diào)制為實驗調(diào)制方式。

由圖二可知，協(xié)同合作傳輸技術(shù)的能效與系統(tǒng)吞吐率呈正相關(guān)，即高效能與高系統(tǒng)吞吐率呈一一對應(yīng)關(guān)系；具有最佳能效性能的是基于遺傳優(yōu)化算法的跨層協(xié)同合作路由技術(shù)。與此同時，針對無限多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)視頻負(fù)載變化所涉及到的時延、路由開銷、分組遞交率的性能，其對比結(jié)果主要包含了如下幾層意思：基于遺傳優(yōu)化算法的跨層交互分布式路由技術(shù)、協(xié)同合作路由技術(shù)、非協(xié)同合作路由技術(shù)的端間平均時延皆與網(wǎng)絡(luò)視頻負(fù)載呈正相關(guān)；針對基于遺傳優(yōu)化算法的跨層交互分布式路由技術(shù)，端間平均時延的平滑度極佳且取值最??；分組成功傳遞率皆呈下降趨勢，其中非協(xié)同合作路由技術(shù)較其他兩種技術(shù)低。

總體而言，MPECG-4編碼視頻幀GOP結(jié)構(gòu)能夠為基于遺傳優(yōu)化算法的感知能量預(yù)測跨層協(xié)同合作分布式路由技術(shù)的實現(xiàn)提供有利的條件；若協(xié)同合作路由選擇合理，基于多媒體傳感器的節(jié)點感知能量及其剩余能量的路由開銷、系統(tǒng)吞吐率、端間平均時延皆較高，且完全滿足無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求。

三、結(jié)語

綜上所述，本文以無線鏈路信道質(zhì)量為基礎(chǔ)，結(jié)合基于遺傳優(yōu)化算法模型預(yù)測的多媒體傳感器節(jié)點感知能量及其剩余能量比，創(chuàng)建了跨層交互分布式優(yōu)化協(xié)同合作路由技術(shù)，該技術(shù)適用于網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層和鏈路層。MATLAB數(shù)學(xué)分析和NS-2仿真皆證實，遺傳優(yōu)化算法實現(xiàn)了運算速度收斂時間最短，由此反映了多媒體實時通信的有關(guān)特征，同時實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)能量狀況預(yù)測的準(zhǔn)確度和可靠性。此外，基于遺傳優(yōu)化算法的分布式跨層交優(yōu)化協(xié)同合作路由技術(shù)提高了各有限資源（無限多媒體傳感器寬帶、網(wǎng)絡(luò)能量、信道鏈路等）的利用率，同時實現(xiàn)了無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)生命周期的延長，進(jìn)而為視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈L時間運行提供了可能。

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作者簡介：

岑雷，1978-8-1出生，現(xiàn)就職于張家口移動公司。