無線多媒體傳感器網絡MAC協議研究
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無線多媒體傳感器網絡(WMSN)是在傳統無線傳感器網絡(WSN)基礎上引入了音視頻和圖像等多媒體信息感知功能的一種新型傳感器網絡。如圖1所示，WMSN通常有大量裝備有CMOS攝像頭和微型麥克風的傳感器節點構成，能感知豐富的音頻、視頻、圖像等多媒體信息，實現紐粒度、精準信息的環境監測，可廣泛應用于戰場可視化監控、環境監測、交通監控、智能家居和醫療衛生等領域，因此引起了各國政府和學術界的極大關注。從2003年起，美國計算機協會專門組織國際視頻監控與傳感器網絡研討交流相關研究成果，加州大學和斯坦福大學等美國多所著名學府都開始了WMSN的研究工作。我國高校和研究機構也開始了該領域的探索，但研究成果尚處于起步階段，距離實際需求還相差甚遠。
在WMSN中，媒體訪問控制(Medium AccessControl，MAC)協議處于無線傳感器網絡協議棧的底層，主要功能是在相互競爭的傳感器節點之間分配有限的無線信道資源，決定著無線信道的使用方式和網絡性能，是保證整個網絡正常運行的重要技術。
針對WMSN硬件資源受限、音視頻媒體信息豐富以及處理任務復雜等特點，本文總結了當前MAC協議設計的特點與挑戰，對現有協議按照信道接入方式進行了分類，著重分析了幾種典型協議，并詳細討論了這些協議對實時多媒體應用的支持能力，最后探討了今后MAC協議設計時亟待研究解決的問題。
1 WMSN媒體訪問控制協議特點及挑戰
傳統的無線傳感器網絡MAC協議設計主要考慮以下三方面內容：節省能量；節點部署和網絡拓撲結構要具有可擴展性；網絡效率，主要包括公平性、吞吐率和帶寬利用率等。目前傳感器網絡MAC協議基本上不支持QoS，不能提供多媒體業務傳輸服務。
WMSN的MAC協議是個較新的研究課題，在設計時除了兼顧上述無線傳感器網絡MAC協議考慮外，多媒體業務決定了WMSN的MAC協議設計面臨如下技術挑戰：
(1)硬件資源有限。由于大量采用微型化傳感器節點部署，節點在能量供給、計算能力和存儲空間等硬件資源非常有限，決定了MAC協議設計必須以節能為前提。對于WMSN，由于業務傳輸和處理任務復雜，在提供QoS保障的同時必須考慮如何高效應用這些資源。
(2)QoS保障。QoS敏感是WMSN的一個重要特征，具體體現在音視頻質量、網絡時延、網絡能耗和媒體信息處理等方面。WMSN與傳統WSN相比，MAC協議設計需要更多的關注服務質量。
(3)區分服務。WMSN存在音頻、視頻信息，同時可能存在文本信息，不同的應用對QoS的不同參數關注程度不同。因此，MAC協議設計要能夠針對上述不同業務提供區分服務，同時在全網范圍內實現資源的有效利用。
(4)性能權衡。MAC協議設計需要在各種性能間取得平衡，各性能間的平衡往往比單個性能的表現更重要。多媒體傳感器網絡MAC如何在QoS、網絡效率、可擴展性、能耗等方面取得平衡，也是一個重要問題。
(5)復雜度與優化性能的折衷問題。MAC協議要盡量使WMSN性能得到優化，但往往將協議設計得過于復雜。傳感器節點本身能量、存儲和計算能力有限，不能夠進行過多的計算，所以協議要設計的盡可能簡單高效。
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