Abstract：As a special application and development of the traditional wireless sensor network, the wireless multimedia sensor network (WSN) has extended the human vision to any physical space, and has a very wide application scene. Relay technology can solve the problems of poor network signal, serious fading and small coverage in wireless transmission. The wireless multimedia sensor network has the characteristics of high data transmission and high real-time requirement. Based on this, the relay cooperative transmission technology is applied to the wireless multimedia sensor network to realize the acquisition and transmission of the image.

Key words: Relay cooperative transmission   Wireless multimedia sensor network

【中图分类号】TP212.1 【文献标识码】B  文章编号1606-5123（2018）08-0000-00

1 引言

无线传感器网络(WSN，wireless sensor network)是近年来非常活跃的一个研究领域，是近年来兴起的一种重要的无线网络，但是，由于这种网络采集和处理信息的能力有限，不能满足更多应用的需求，这就迫切需要将信息量丰富的图像、视频等视觉信息引入到传感器网络中来,实现细粒度、精准信息的环境监测，因此需要一种新的能够传输大量图像、视频等多媒体信息的无线网络。

因此，无线多媒体传感器网络作为无线传感器网络的一种特例随之产生，它把环境信息扩展到了视觉的层面，不仅使环境的数据内容得到了大大地丰富，而且使得监测[1]更加细化，得到了人们越来越多的关注。一方面由于无线多媒体传感器节点具有电源容量有限、网络自组织、动态拓扑、节点数目众多分布密集等特点[2]，另一方面也面对着采集视频、图像数据量大，处理复杂度高等问题[3]。因此，我们将中继协作传输引入到多媒体传感器网络当中，通过节点间的中继协作，来减轻多媒体传感器网络中这些问题。

2 无线多媒体传感器网络概述

无线多媒体传感器网络(Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSNs)是由一组具有计算、存储和通信能力的多媒体传感器节点组成的分布式感知网络，一般布署在无人值守的环境中自主完成指定的任务，是一种能耗敏感的无基础设施网。它借助于节点上多媒体传感器感知所在周边环境的多种媒体(音频、视频、图像、数值等)信息，然后通过多跳路由以无线的方式传送到汇聚节点，最后由基站、通信卫星或临近空间飞行器通过互联网到达指挥控制中心。典型的无线多媒体传感器网络一般由多媒体传感器节点、汇聚节点、基站和指挥控制中心组成，如图 1所示。

3 中继技术

中继技术[4]是在源端和目的端之间加上一个或者多个节点，来形成多跳网络，帮助无线信号进行传输，拓宽无线网络的传输范围。中继技术主要解决无线传输过程中网络信号差、传输不稳定、覆盖范围小等问题，很早以前就在通信系统中得到应用。

Cover和Gamal在1979年时做了关于中继信道的信息论特性的研究，提出了协作通信的思想[5]。目前，大部分关于无线通信的研究都是以通信双方具有相同的可用频谱资源或者可用频谱资源具有交集为基础，这就使得频谱资源没有得到充分的使用[6,7]。文献[8]将协作中继思想用于无线多媒体传感器网络，通过利用中继节点转发数据来提高数据传输的实时性和网络的整体性能。协作通信技术作为提高多媒体传感器网络数据传输实时性的有效手段，受到了广大研究机构和组织的关注。

3.1 中继协作方式

根据不同的无线通信系统场景，采用不同的协作策略可使得系统的性能尽可能达到最优。根据中继节点对接收到源节点信号处理方式的不同，主要有放大转发(AF)和解码转发(DF)两种中继处理方式。

Laneman等[9]提出放大转发(AF)方式，也称为非再生中继方式(Non-regenerative)。AF是最为简单的一种中继协作方式，本质上是对模拟信号进行相关的线性处理。其基本内容是当中继节点接收源节点发送的信号之后，不对该信号进行解调，只是在简单地放大之后直接转发给目的节点。

Sendonaris等[10]提出解码转发(DF)方式，文献[11]将此协作方式下的中继称为再生中继（Regenerative Relay）本质上是一种数字信号处理方式，可以避免噪声放大效应。其基本内容是在中继节点接收源节点发送的信号之后，必须先对该信号进行解码并转发给目的节点。

3.2 中继选择策略

协作方式可以分为协作伙伴选择和协作时机选择。协作伙伴的选择主要研究选择一个最佳中继节点可分为基于信道瞬时状态信息选择与基于传输路径损耗和中继位置。基于信道瞬时信息的选择依据信道实时的变化对中继选择做出反应，但是该方式对信道估计要求快速准确[12]。基于传输路径损耗和中继位置的方法一般依据网络的统计信息选择，对实时性要求较低[13]。时机选择研究的是对协作传输跟直传链路传输做出抉择。

4 中继协作模型

在无线通信领域当中，中继协作分为单中继协作和多中继协作两种方式。单中继协作算法简单，好实现，而多中继协作算法虽然相对比较复杂，但是却可以得到更高的协作分集增益。

4.1 单中继协作模型

单中继协作模型是最简单的协作模型，如图2实施所示，包括源节点，中继节点和目的节点。

 

单中继协作的步骤为：第一步，源节点发送信号后，中继节点和目的节点分别接收来自源节点的信号；第二步，中继节点把从源节点接收到的信号进行处理然后转发给目的节点，目的节点把一二步接收到的信号合并起来。在单中继协作模型中，目的节点接收的信号包括源节点直接传输的信号和中继节点转发的信号。

4.2 多中继协作模型

除了单中继协作模型外，还有多中继协作模型，如图3所示。在第一步，源节点发送信号，所有中继节点和目的节点都接收信号，在第二步，只有其中的部分中继节点会转发信号，目的节点接收中继节点转发的信号。通常情况下，多中继协作模型和单中继协作模型的中继节点对信号处理过程是相同的，所以在中继节点转发信号的阶段，多中继协作消耗的系统资源比单中继协作大很多，但多中继协作模型中的目的节点能获得更高的协作分集增益。

 

5 无线网中继协作的难点和需求

中继协作就是在无线多媒体传感器网络中某些多媒体传感器节点作为中继帮助源节点给sink节点发送消息。中继协作技术可以是源节点和sink节点之间直接传输，也可以是源节点将发出的信号传给一个多者是多个中继节点处理，然后再转发给sink节点。这可以大大提高数据的传输速率，实现多媒体数据传输的带宽和实时性等的要求。

5.1 判断是否需要引入协作方式

中继协作可以提高多媒体传感器节点之间的利用效率，提高多媒体传感器网络数据传输的速率，但是在多媒体传感器网络中引入协作通信的同时，也会增加系统的开销。而且，如果在多媒体传感器网络中引入不是必须的协作不但增加了网络的复杂度，还增加了时延，降低了系统的效率，所以，我们应该采取有效的办法来判断是否需要加入中继协作。

5.2 如何选择协作中继节点

   在无线多媒体传感器网络中，存在着多个多媒体传感器节点，当多媒体传感器节点之间进行直接传输时的传输速率不高，那么就可以从潜在的中继节点里面选出合适的节点作为中继来进行协作传输，进而提高数据传输的速率和实时性，提高整个链路的协作增益。

对于多媒体传感器网络中的协作中继，如果说只引入单个中继进行协作，那么频谱的利用率就不高，所以说多中继协作更加适合我们的实际网络环境，而且随着协作中继数量的增加，传输速率也会随之增大。不过并非让其他所有的多媒体传感器节点参与到协作中所取得的传输性能最好，对于某些传输性能不太好的多媒体传感器节点，其传输并不可靠。为了解决这个问题，需要在提高协作增益的同时有效的控制系统复杂度和系统资源的消耗。

6 结束语

多媒体传感器网络与传统的无线传感器相比, 更多关注于图像、视频信息的采集和处理,在国民经济的各领域有广阔的应用前景。本文介绍了无线多媒体传感器网络中的中继技术、中继协作模型等内容，可以看出当多媒体传感器网络中存在通信需求得不到满足的多媒体传感器节点时，如何为其选择合适的中继转发数据，以提高数据传输的实时性是关键问题。

参考文献

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