一种多媒体传感网实时调度方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络通信技术领域，具体设及一种保障全局时延的无线多媒体传感网 实时调度方法。
【背景技术】
[0002] 随着无线通信技术及图像音频采集技术的进歩，无线多媒体监控产业发展迅猛， 在安全监控、交通管理、环境监测、智能家居等领域发挥着重要作用。作为物联网信息采集 源的重要组成部分，无线多媒体监控丰富了物联网应用，也为多媒体传感器网络提供了技 术支撑。
[0003] 目前无线多媒体监控多采用嵌入式监控系统，通过监控端反馈图像数据传输信 息，图像数据采集端根据反馈的数据传输信息控制视频编码率，当无线信道出现拥塞时，降 低编码率W缓解拥塞造成的时延和丢包。但是基于嵌入式系统研究的无线视频监控系统监 控形式单一，兼容性和拓展性较差，对促进物联网多媒体传感网监控产业发展的作用微乎 其微。
[0004] 当前无线多媒体传感网数据传输主要存在如下问题；多媒体数据处理和传输复杂 度高，且无线信道资源有限；多媒体数据流突发性强，速率波动剧烈，在某一STA数据出现 波动时，其实时性不能得到保障；在保障一个STA低时延的同时会影响同网络中其他STA的 实时性W及全局网络的实时性；在多个STA出现丢包且需要数据重传时，如何提供基于多 媒体数据重传包优先级的区分服务W降低时延和错误敏感度。
【发明内容】
[0005] 针对在无线多媒体数据传输过程中因网络中各STA多媒体数据采集量波动性大， 而导致信道利用率低，使各STA实时性差，全局网络时延恶化，信道资源分配不公平等问 题，提出了一种针对无线通信技术和多媒体信息采集技术两者特点的无线多媒体传输调度 方法，本发明的技术方案如下；一种多媒体传感网实时调度方法，其包括W下步骤：
[0006] 101、在多媒体传感网中，超帖采用短超帖，将协调器AP在信标帖中分配给各站点 STA的数据传输阶段划分为点协调传输期PCTP，分布式协调传输期DCTP和多媒体数据采集 反馈期DAQFP，其中无线多媒体监控站点STAi在超帖的多媒体数据采集反馈期DAQFP根据 采集多媒体数据量大小向协调器AP申请传输需求时间长度TXOPid^aW;
[0007] 102、协调器AP获取当前多媒体传感网的全局时延Delay和全局丢包率LR，并与无 线多媒体传输0〇5上限值〇61371;[1]1；[1:和]^?1;[1]1；[1:比较；计算得出待分配超帖中的点协调传 输期PCTP信道访问时间长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度；
[000引 103、协调器根据步骤102计算出的待分配超帖中的点协调传输期PCTP和分布式 协调传输期DCTP的信道访问时间长度；站点STACSMA/CA占用信道访问时间传输重传包； 跳转至步骤104 ;当在分布式协调传输期DCTP时，跳转至步骤109 ;
[0009] 104、各站点STAi在点协调传输阶段PCTP下，判断点协调传输阶段PCTP的长度是 否大于所有站点STAi的申请传输需求时间长度TXOP之和；若是则跳转至步骤105,否则跳 转至步骤106 ;
[0010] 105、当点协调传输阶段PCTP的长度大于所有站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidem。。。之和时，则各站点STAi按照申请的申请传输需求时间长度TX0Pidem。。。分配给各站 点STAi;
[ocm] 106、当点协调传输阶段PCTP的长度小于所有站点STAi的申请传输需求时间长度 TX0P之和，判断是否还有站点STAi的数据未发送，若是则转步骤107 ;否则转步骤108 ; [0012] 107、若有数据未发送时，则优先满足站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPi demand；
[001引108、若没有剩余数据未发送时，则等比例缩短站点STAi的申请传输需求时间长度 TXOPidemand；
[0014] 109、在分布式协调传输期DCTP时，各站点STAi根据重传包数量和重传次数大小 计算本STAi的仲裁帖帖间间隔AIFS[i]，跳转至步骤110 ;
[0015] 110、本STAiWCSMA/CA方式占用信道访问时间传输重传包。
[0016] 进一步的，步骤101中多媒体传感网中站点STA的数据传输，视频传感器和音频传 感器的最高采样频率分别为j化和曲Z，通过采用短超帖消除多媒体采集数据帖传输等待 时延，其中超帖长度SF计算公式为：
[0017] 进一步的，步骤101中站点STAi向协调器AP申请的传输需求时间长度为占用信 道实时发送多媒体采集数据所需的访问时间，其中多媒体数据包括图像、音频和视频，并均 W数据帖的形式进行传输，设传输需求时间长度申请为TXOPid^^d，其运算公式为：
[001 引
[0019] Li(t)表示STAi在当前超帖点协调传输阶段未发送完的数据长度，Li(t+1)表示 STAi在当前时刻采集的数据长度，且需要在下一个超帖点协调传输阶段进行传输，R表示物 理信道速率。
[0020] 进一步的，步骤102中的全局时延为所有站点STA时延的平均值，全局丢包率为协 调器AP未接收到数据包个数与所有站点STA发送数据包总数之比。
[002U 进一步的，步骤102中计算得出待分配超帖中的点协调传输期PCTP信道访问时间 长度和分布式协调传输期DCTP的信道访问时间长度具体为；协调器AP为时延、时延抖动超 过上限值P倍的STAi分配点协调传输阶段实际信道访问时间长度，0. 90<p<0. 95,且该时间 长度等于该STAi申请的传输需求时间长度TX0PAP为时延、时延抖动低于上限值P倍 的STAj.分配点协调传输阶段实际信道访问时间长度，设为TXOPj.，且该时间长度为丫倍该STAj申请的传输需求时间长度TX0Pwemand，比例系数丫的运算公式为：
[0022]
[0023]n表示网络STA总数，k表示时延、时延抖动超过上限值P倍的STA个数，其中
得到，点协调传输时间长度PCTP为步骤2 中协调器AP分配当前超帖的点协调传输阶段的信道访问时间总长度。
[0024] 进一步的，步骤109中各站点STAi在分布式协调传输阶段通过载波侦听检测信道 空闲后等待仲裁帖帖间间隔AIFS[i]的时间长度，随后进行载波侦听+退避，最后接入信 道。AIFS[i]的运算公式为：
[0025] 孤ST/]二「/I/化W邮。
[0026] AIFSN[i]表示仲裁帖帖间间隔个数，0表示时隙长度。AIFSN[i]的运算公式为：
[0027]
[002引 NoRPi表示STA厘传包总数，RTimesKPk表示数据包k的重传次数，1和m为权重比 例系数。
[0029] 进一步的，步骤/110中，各STAi在分布式协调传输阶段传输多媒体数据重传包重 传次数上限满足LimoVideoRTimes〉LimoVoi ceRTimes〉LimoPicRTimes，LimoVideoRTimes 表示视频数据重传次数上限，LimoVoiceRTimes表示音频数据重传次数上限， LimoPicRTimes表示图像数据重传次数上限，并且根据视频数据视频帖类型的不同，满足 LimoVideoRTimeSi〉LimoVideoRTimeSp〉LimoVideoRTimesB，LimoVideoRTimes康示I帖重传 次数上限，LimoVideoRTimeSp表示P帖重传次数上限，LimoVideoRTimes B表示B帖重传次 数上限。重传次数超过上限值将被丢弃。
[0030] 本发明的优点及有益效果如下：
[0031] 无线多媒体数据传输信道访问过程中，考虑多媒体传感网中视频传感器和音频传 感器的最高采样频率分别为32. 0化和44.mz，为了解决多媒体传感器在每个超帖中从采 集数据到发送数据的固定时延，方案规定超帖最大长度应小于22ms，并将超帖分为PCTP(S 301)+DCTP(S302)+DAQFP(S303)S个阶段，各阶段主要功能；
[0032]PCTP阶段W点协调调度方式为基础，主要用于传输实时多媒体数据，AP按照轮询 列表依次轮询各个STA，并为本STA分配TX0P，各STA在各自的TX0P期间依次向AP传输实 时多媒体数据包（S304)。AP记录各STA传输情况，并在应答包ACK中反馈对前一STA接收 到的数据包编号。STA接收AP发送的反馈信息并检查是否全部数据发送成功，若发生丢包 或错误包（S305)将在下一超帖的DCTP阶段W分布式竞争方式重传数据包；
[0033] DCTP阶段W具有数据重传包优先级的区分服务为基础主要用于STA重传数据包， W及新STA入网，其接入过程也在DCTP阶段完成；
[0034]DAQFP阶段主要用于各STAWTDMA的方式向AP发送多媒体数据TX0P传输需求申 请包（S306)。STA根据采集的多媒体数据量大小，向AP申请下一超帖中的TX0P，W满足自 身的多媒体数据实时传输需求。
[0035] 根据多媒体数据的特点和所述的超帖功能，提出了根据各STA多媒体采集数据量 大小进行TX0P动态分配的技术策略。在每个超帖结束时，各个STA通过DAQFP阶段向AP 发送多媒体数据TXOP传输需求申请包，其信息包括需要在下一超帖中发送的多媒体数据 的长度和当前超帖未发送完的剩余多媒体数据的长度。AP通过收集各STA的TX0P申请信 息，在下一超帖的PCTP阶段为各STA动态分配TX0P(S307)，并将TX0P分配信息添加到信标 帖中，W便各STA知晓自己在PCTP阶段的信道访问时间长度。采用该技术方案很好的解决 了多媒体数据流量突发