物聯網環境下基於傳感方向引導的節點協同工作方法

2023-05-28 14:29:26 3

專利名稱：物聯網環境下基於傳感方向引導的節點協同工作方法
技術領域：
本發明涉及在物聯網核心技術的傳感器領域中無線多媒體視頻傳感器網絡節點 傳感方向的引導以及各個傳感器節點間協同工作的處理方法，屬於嵌入式開發與物聯網技 術的交叉領域。
背景技術：
物聯網(The Internet of things)是通過射頻識別(RFID)與紅外感應器、全球 定位系統、雷射掃描器等信息傳感設備，按約定的協議，把任何物品與網際網路連接起來，進 行信息交換和通訊，以實現智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的一種網絡。物聯網的兩大 核心技術即為射頻識別技術以及傳感器網絡技術。無線傳感器網絡(WSNs)作為計算、通信和傳感器三項技術相結合的產物，是一種 全新的信息獲取和處理技術，同時也是構成物聯網的主要核心技術。它綜合了嵌入式系統、 無線通訊、微電子等前沿技術，不僅在工業、農業、軍事、環境等傳統領域有著巨大的運用價 值，在許多新興領域也體現出其優越性，如智能樓宇醫療監護家用、醫療保健、交通等領域。隨著應用的不斷深入，用戶對於無線傳感器網絡感知環境數據能力的需求也 不斷增大，於是多媒體信息被引入了傳感器網絡，隨之而產生的無線多媒體傳感器網絡 (Wireless Multimedia Sensor Networks簡稱WMSNs)無論在工作方式還是數據處理方法 上都對傳統的無線傳感器網絡產生了很大的衝擊。傳統的無線傳感器節點之上加載的各類傳感器屬於全向傳感器，即該類傳感器對 於環境信息的感知沒有方向性，只需要將節點部署在監測區域內後就可以隨時採樣環境信 息，常見的有溫度、光度、溼度等傳感器。對於音頻傳感器，在節點部署完畢後，不需要對節 點上加載的傳感器的傳感方向進行調整就可以進行周圍環境的音頻信息的實時採樣，因此 音頻傳感器在工作方式上屬於全向傳感器；與之相反，視頻傳感器本身具有有限的感知區 域視角，同時通過學習國外諸多文獻中基於視頻傳感器提出的方向感知模型可以知道，視 頻傳感器的有效感知區域為以傳感器自身為圓心的扇形區域，其感知方向可以用以圓心為 起點沿著扇形對角線方向向外的射線來表示，並可以繞圓心任意旋轉，因此視頻傳感器在 工作方式上屬於非全向傳感器。在一個實際的應用中，為了滿足高精度環境監測的需求，通過單純的設置視頻傳 感器或只設置音頻傳感器來實現對監測物體或區域的監控是達不到所需的最佳效果的，在 該種情況下勢必需要同時獲取監測對象或區域的視頻與音頻信息才能滿足監控所需的最 佳效果。在一個網絡中，同時存在全向傳感器與非全向傳感器的情況下，如何有效的利用網 絡資源，並儘可能的減小系統能耗而達到對目標物體或環境更有效的監控的目的成為了現 今研究的熱點，也為混合工作方式的多媒體傳感器網絡提出了新的要求。在現有的諸多研究成果中通常引入虛擬力的概念來實現對視頻傳感器傳感方向 角的定性的調整，也有運用Voronoi圖的方法來實現方向性的定量調整。發明人在研究過程中發現上述兩種針對無線多媒體傳感器節點的傳感方向調整方案都存在一定不足前者是完全基於一種不存在的虛擬勢場，並將微觀粒子間的受力引 入到傳感器節點之間，如此基於虛擬假設前提的複雜受力分析勢必存在很大程度的偏差而 且在實際應用中很難實現；後者利用相鄰兩個節點中垂線組成的分割路徑作為方向來調整 區域內各個傳感器節點的傳感方向，各個節點的調整方向受到初始位置影響很大，有很大 的隨機性，同樣基於假設的前提可實現性很低。

發明內容
技術問題本發明的目的是針對現有物聯網節點工作處理機制中存在的不足與缺 陷，提供一種全向傳感器與非全向傳感器混合的物聯網環境下基於傳感方向引導的節點協 同工作方法，該方法分為視頻傳感器節點的方向引導方法與視頻傳感器和音頻傳感器節點 間配對協同工作的方法。該方法能夠有效減小網絡開銷與負載，低成本、易於實現同時盡可 能地節約網絡中節點的能耗，使得各個節點能很好地適應網絡節點異構性的需求，更為協 調地完成各自的功能與任務。技術方案由於傳感器網絡節點自身的特性，各類節點的處理能力、存儲容量等存 在較大的差異，將多媒體節點功能細分，以充分適應異構性的需求，應儘可能地將多媒體傳 感器節點劃分為多類具有不同功能的節點，以避免單個節點因工作量過大而導致傳送誤碼 率與單位能耗的增加。從短期利益來看，雖然集成有多種功能的節點可以同時滿足用戶所 需的多種需求，但從長遠利益來看，投放於監測區域的該類節點就會因為單體成本高加上 能耗大導致的使用周期短而造成網絡資源與硬體節點資源的嚴重浪費，加之多媒體信息自 身數據量龐大，在傳輸時同比其他傳感數據佔用更多的帶寬，同時又要求儘可能短的時延， 所以在實際中將視頻與音頻功能細分，設計為視頻傳感器節點與音頻傳感器節點，分別完 成視頻與音頻數據的採集與傳輸更為合理。在無線多媒體傳感器網絡中各類多媒體傳感器節點自組織建簇，採用層次型拓撲 結構控制，同時適合小規模與大規模的網絡部署。通過一定算法選擇簇頭，由各個簇頭節點 構成一個互聯的網絡來負責數據的路由轉發。簇頭節點對其臨近區域內的其他工作節點進 行管轄，並根據剩餘能量的多少動態更換簇頭節點。本發明提出一種無線多媒體傳感器網絡中基於傳感方向引導的無線多媒體傳感 節點協同工作處理方法，包括以下步驟步驟1)視頻傳感節點感知半徑使用清晰感知半徑與模糊感知半徑來定性衡量 視頻傳感器的感知範圍，在各自的感知範圍內具有可區別的感知特性；即在清晰感知半徑 內，視頻傳感節點可以清晰地識別出進入感知區域的物體，足夠滿足用戶對於環境監測的 需求，並可以對一般的進入感知範圍內的物體做出反應；在模糊感知半徑內，可以對強光源 等特殊的「視頻事件」做出反應；步驟2)視頻事件感應模型遠處設置一個強光源，該光源所在位置處於視頻傳感 器的模糊感知半徑範圍內；在某一離散時刻，視頻傳感節點的傳感方向向量與原點到光源 連線的方向向量之間的夾角取值落在[_感知區域視角/2，感知區域視角/2]值域範圍內時 滿足上述設置情形；步驟3)視頻事件感應模型的應用進入快照工作模式後，視頻傳感節點首先採樣單幀環境視頻數據，並對當前採樣的單幀視頻數據遍歷掃描；在識別出視頻事件以後，計算該視頻事件在當前單幀視頻數據中的矯正平均列值，以供後續步驟操作使用，而無論視頻事件在視頻傳感節點的清晰感知半徑範圍內還是模糊感知半徑範圍內，都可以利用感應模 型的原理來實現對採樣的單幀視頻數據遍歷掃描的方式來識別出視頻事件；步驟4)無線多媒體傳感器網絡中的視頻傳感器方向引導方向引導方法的目的 是為了使得視頻傳感節點的傳感方向朝向被測物體或待測固定區域；經過方向引導後，使 得視頻事件與傳感節點的連線與傳感節點的傳感方向向量之間的夾角值域在[-感知區域 視角/2，感知區域視角/2]範圍內，並且儘可能地縮小夾角以到達更優的監控效果；步驟5)視頻與音頻傳感器配對協同方法由全網中數量較少而且單位時間能耗 較低的音頻傳感節點來主動發起配對協同工作的申請，由一個音頻傳感節點與一個視頻傳 感節點配對協同完成環境監控；步驟6)適應變化的工作模式在不同規模的應用場景下可以採用不同的工作模 式，即群體與單體兩種針對不同監控範圍與監控需求的工作模式；群體工作模式類似於步 驟5)描述的方法，由一個音頻傳感節點驅動一個視頻傳感節點協同採樣環境多媒體信息， 通過一對一的配對來實現區域監控；單體工作模式的特殊之處在於，由單個音頻傳感節點 驅動建立起工作小區，在該工作小區內的其他多個視頻傳感節點聯動工作採樣環境多媒體 數據信息，以滿足更為精確的適用於較小範圍內的區域監控或目標物體的多角度高精度的 監控需求。有益效果本發明與現有的一些無線多媒體傳感器網絡內節點方向引導與節點間 協同工作方案相比有如下幾個優點(1)易於操控，簡潔高效。從視頻傳感器節點傳感方向的引導上來看，避免了採用 複雜的算法以及無法實際應用的虛擬原理方法，切合實際地提出了利用視頻事件驅動的方 式來引導多媒體視頻傳感節點的有效感知區域方向。方便根據不同的監測需求隨時更換與 改變傳感區域的方向，整個調整過程方便快捷，符合低時延要求，並有實際的實驗及理論基 礎，具備了切實的可行性保障。從多媒體傳感器節點間協同工作方案來看，視頻與音頻傳感 節點的配對工作協議易於理解方便實施，給實際無線多媒體傳感器網絡的監控提出了一種 簡便易行的動態執行方案。根據網絡節點剩餘能耗動態選擇配對的工作節點，該過程實現 了對監測人員的完全透明化，監控終端的執行命令通過無線多媒體傳感器網絡即時傳送， 實時接收多媒體傳感節點的採樣數據信息，不會給監控人員帶來任何操作負擔。(2)節約成本，開銷能耗低。在整個視頻傳感器節點傳感方向引導過程中，主要的 成本花費為「視頻事件」所引起的開銷，即每調整一次傳感方向就需要在被測物體或固定區 域的方位投放一次「視頻事件」，同時由監控終端發出的視頻調整指令通過整個無線多媒體 傳感器網絡傳送至需要調整方位的單個或多個視頻傳感節點，收到指令後的傳感節點開始 執行傳感方位調整算法。在實際應用中「視頻事件」可以為一個簡單的點光源，只需滿足一 定的光源亮度與光源工作時長即可。單個「視頻事件」的成本開銷可以得到有效的控制。視 頻與音頻傳感節點的配對協議實現過程也充分考慮到了節約能耗的需求，同比選擇具有最 小信號衰減值的節點，即與本地音頻節點距離最近的視頻節點作為優先配對的對象，能夠 儘可能降低配對協議傳輸能耗。(3)針對性強，靈活性高。本發明針對特定的監控需求，即對某一特定的被測物體 或固定區域實行實時視頻與音頻監控。對於滿足該種監控需求的應用場景，整個傳感方向調整的過程可以靈活地適應多媒體傳感器網絡的動態路由變化。不需要改變多媒體傳感節 點的位置設置，而只需要改變視頻事件的位置即可。視頻事件所在方位即為被測物體或固 定區域的方位，視頻事件的位置可以隨著不同的應用而靈活改變，只需要由監控終端發出 重新調整傳感方位的指令，就可以重新對網絡監控目標區域進行迅速定位調整。音頻傳感 節點自適應的選擇臨近的視頻節點配對，在整個動態調整組網的過程中無需用戶參與，充 分體現了高適應性與高靈活性的特點。
(4)易於後期處理。多媒體傳感節點將採樣的多媒體視頻與音頻信息傳送回監控 中心後，需要對視頻與音頻數據合併後在終端播放，對於同一時間採樣的視頻數據與音頻 數據信息，具備了較高時間同步性的特點，而這為終端的不同信息流的合併提供前提與可 靠保證；本發明中對不同節點採樣的多媒體信息在編碼時插入節點設備識別號的同時插入 採樣的時間信息，而各個節點在全網絡中的設備識別號又是唯一的，類似於各個傳感節點 在無線多媒體傳感器網絡中的MAC地址，通過讀取設備識別號與採樣時間信息就可以抽取 出同一時間對相同被測物體或監測區域監控的視頻信息與音頻信息。這裡需要特別指出的 是配對後協同工作的多媒體節點採樣的多媒體數據具備相同的採樣時間信息，而這為上述 方法的可行性提供了基礎。(5)高監控性能。通過本發明提出的方法，既可以減緩單個節點的工作時的能耗、 延長節點生命周期，又可以通過監控終端軟體將不同節點採樣的對於同一被測物體或固定 區域的多媒體視頻與音頻信息合併後一起播放，實現方法也十分簡便易行，從而有效地改 善監控效果。


圖1是視頻事件傳感模型實現流程圖；圖2是視頻傳感節點方向引導工作流程圖；圖3是無線多媒體傳感器網絡單體工作模式示例圖。
具體實施例方式本發明採用嵌入式軟體與系統軟體相結合的設計方法，基於相關硬體設備的支 持，描述整個無線多媒體傳感器網絡中視頻傳感節點方向引導與多媒體視頻及音頻傳感節 點配對協同工作的原理及處理機制。應當明確，以下內容僅僅用來描述本發明而不作為本 發明的限制。無線多媒體傳感器網絡中基於傳感方向引導的無線多媒體傳感節點協同工作處 理方法包括以下步驟步驟1)分析研究視頻傳感節點感知半徑。視頻傳感器屬於方向傳感器的一種，根據視頻傳感節點實際的特性，將其感知半 徑量化為兩部分，即清晰感知半徑與模糊感知半徑，在各自的感知範圍內其感知能力與強 度也有所差異。本發明提出的兩種可識別感知半徑的概念，可以分為。a.清晰感知半徑。在此感知半徑內視頻傳感節點可以清晰地辨認出進入感知區域 的物體，足夠滿足用戶對於環境監測的需求，並可以對一般的進入感知範圍內的物體做出反應，該半徑值域範圍為
。一般情況下，R的取值需要根據視頻傳感節點自身裝載的 視頻傳感器的不同性能而定，其值域範圍與視頻傳感器像素值成正比關係。b.模糊感知半徑。在此感知半徑內視頻傳感節點無法清晰地辨認出進入感知區域 的物體，無法滿足用戶對於環境監測的需求，但可以對特殊的「視頻事件」做出反應。光照 事件就是此類特殊視頻事件的典型代表，該半徑值域範圍為(R，+⑴)。在值域範圍內，傳感 節點的感知能力呈指數級下降趨勢，並且對特殊視頻事件的響應不會因此受很大的影響。方向傳感器的有效感知區域為以節點為圓心，向外擴展的扇形所覆蓋的區域，該 區域可以繞方向傳感節點所在位置任意旋轉。 是通過節點所在圓心指向有效傳感扇形區 域重心位置的單位向量，即代表了方向傳感器有效感知區域的方向，用傳感方向向量表示。 在隨機布撒的傳感網絡中該方向的初始值往往也是隨機的，即在W，2ji]內服從均勻分 布。通過調整 向量的方向角可以實現改變方向傳感節點的有效感知區域。在某一時刻，判斷任意一點已經進入方向傳感節點的有效感知範圍的方法有兩 條一是該點到傳感節點的距離小於清晰感知半徑R ；二是該點和傳感節點的連線與傳感 方向向量的夾角小於傳感節點自身的感知區域視角的1/2。如果同時滿足上述兩個條件則 可以認為傳感節點可以辨認出該點位置上的物體。步驟2)建立視頻事件感應模型。基於視頻傳感節點的感知半徑理論，現做如下設置在原點位置設置有方向傳感器(以視頻傳感器為例)。遠處存在一個強光源，。該 光源所在位置處於視頻傳感器的模糊感知半徑範圍內，即對於視頻傳感節點而言，無法清 晰辨認出光源位置處的目標物體，也無法對光源處的環境進行高清晰度的監測，但是可以 辨別出該強光源這一「視頻事件」，並對該視頻事件做出反應。在某一離散時刻，視頻傳感節點的傳感方向向量與原點到光源連線的方向向量之 間的夾角記為…當^的取值落在[_感知區域視角/2，感知區域視角/2]值域範圍內時滿足 上述設置情形。在該種情況下，圖像傳感節點通過對採樣的圖像數據掃描處理，來判斷出強 光源在當前掃描圖像中的位置。本發明提出較為簡便易行而且低算法複雜度的基於平均列 值信息的視頻事件搜索算法，將會在步驟3中詳細闡述。當然正常情況下，在清晰感知半徑內視頻傳感節點同樣可以有效地辨別出「視頻 事件」。這裡需要特別說明的是本發明涉及的距離範圍如「清晰感知半徑範圍內」是指在半 徑為R，視頻傳感節點的有效感知區域視角所組成的扇形區域範圍內。同理也可以類似得出「模糊感知半徑範圍」。步驟3)應用視頻事件感應模型。視頻傳感節點收到基站節點發送來的視頻事件搜索啟動指令後，進入快照工作模 式，首先採樣環境圖像數據，並對當前採樣的單幅圖像數據遍歷掃描。假設在掃描至X行 的Y列時感知到視頻事件，並記錄下該視頻事件出現的列值Y。一般情況下在某行中出現 的視頻事件會由多個列值記錄，所以將該行中所有出現視頻事件的列記為Yi(C) < i <圖像 寬度像素值)，而視頻事件在當前圖像中所佔寬度直接影響到Yi的數值大小。同理，當掃描 X+k (0 < k <圖像高度像素值-X)行時將感知到視頻事件的列值全部記錄，直到圖像掃描完 畢。將各行的Yi取平均值後記錄為藝，再將各行的巧均值處理。最後得到當前圖像數據中視 頻事件的矯正平均列值。
通過上述步驟計算得出的單幅圖像數據的矯正平均列值為傳感方向引導算法提 供了基礎與前提。步驟4)無線多媒體傳感器網絡中的視頻傳感器方向引導。整個方向引導方法的最終目的是為了使得視頻傳感節點的傳感方向朝向被測物 體或固定區域，也可以理解為經過調整後，使得視頻事件與傳感節點的連線與傳感節點的 傳感方向向量之間的夾角值域在[_感知區域視角/2，感知區域視角/2]範圍內，並且 進可 能地縮小夾角使得夾角趨向於零，以此來達到使視頻事件儘可能靠近採樣視頻有效區域的 中心位置，提高監測的可控度。本發明提出的方法僅僅通過視頻事件來驅動而不用人為地 進行調整。通過基站節點發出視頻事件搜索啟動指令，接收到指令的視頻傳感節點啟動視頻 事件搜索算法，對視頻事件搜索算法的描述如下預定義ε為一個較小的數值，並且設置的數值滿足Y大於零且小於ε，同時定義 M為視頻傳感節點處於當前快照模式下採樣的圖像數據像素寬度數值的二分之一。傳感節 點首先進入快照模式，採樣單幅圖像數據，系統在值域[-1，+1]之間隨即產生一個數值，並 將其賦值給RAND變量。利用步驟3)中的方法遍歷採樣的單幅圖像數據，如果無法識別出視 頻事件則判斷RAND的數值，如果RAND大於零則視頻傳感節點的傳感方向向量順時針旋轉 Y，如果RAND小於零則逆時針旋轉γ角度，旋轉角度結束後重新進入快照工作方式，採樣 單幅圖像數據並重複上述操作。在遍歷採樣的單幅圖像過程中一旦識別出視頻事件就按照 步驟3)中描述的方法計算當前掃描圖像的矯正平均列值，定義Ad的數值為M與矯正平均 列值相減運算後差值的絕對值。判斷△(!的數值如果大於ε，系統進而判斷RAND的數值， 如果RAND的數值大於零，則視頻傳感節點的傳感方向向量順時針旋轉γ角度；如果RAND 的數值小於零，則逆時針旋轉Y角度。之後重新進入快照模式採樣單幅圖像數據後重複上 述流程直到判斷出△(!的數值小於ε，結束整個傳感方向引導的調整過程。整個工作流程 圖如圖2所示。整個流程的目的是為了實現當單幅圖像數據中無法識別出視頻事件時，對 視頻傳感節點的傳感方向做適度調整，並且重複上述步驟直到計算得出視頻事件在當前採 樣單幀視頻數據的較為靠近中間位置為止。步驟5)視頻與音頻傳感器配對協同方法。在無線多媒體傳感器網絡中，為了實現對被測物體或固定區域全面地監控，除了 有視頻與圖像信息之外還需要有相應的音頻信息來提高監控質量，那麼如何使無線多媒體 傳感器網絡中的視頻傳感節點與音頻傳感節點有效地協同工作，就成為了影響監控質量的 關鍵因素。在初始設置的完成之後，視頻與音頻傳感節點之間需要完成一次配對過程之後 就可以開始互相協同工作。在通常的多媒體無線傳感器網絡中，視頻傳感節點屬於方向傳感節點而音頻傳感 節點屬於全向傳感節點。在監控範圍上，由於視頻傳感節點單位時間的能耗遠遠大於音頻 傳感節點的單位時間能耗，而且相同面積的有效傳感覆蓋率(對於視頻傳感節點選擇清晰 感知半徑範圍內)明顯是全向傳感節點大於方向傳感節點，即對於覆蓋相同區域的情況， 全向傳感節點的實際使用數量小於方向傳感節點。根據上述情況不難得知在實際工作中為 了滿足相同的覆蓋率，實際投入使用的全向傳感節點數量應該小於方向傳感節點的數量。 因此本發明考慮由數量較少而且單位時間能耗較低的音頻傳感節點來主動發起配對協同工作的申請。在配對開始之前，視頻傳感節點的方向引導已經完成而且在初始化的過程中已經 由監控中心廣播帶有當前啟動時間信息的數據包用於同步網絡中各個多媒體傳感節點的 當前啟動時間以及信息採樣時間。由監控中心發出的配對啟動指令以廣播的方式傳送給音 頻傳感節點，視頻傳感節點雖然也能夠接收該指令信息但不做任何處理直接丟棄。本地音 頻傳感節點在接收到該指令後發出配對申請信號，在本地音頻傳感節點一跳可達距離範圍 內的其他視頻傳感節點響應該配對請求，各個視頻傳感節點在本地音頻傳感節點發出的請 求信號尾部加入自身的設備識別號同時傳送回音頻傳感節點。為了避免衝突，附近其他的 非本地音頻傳感節點在接收到這些視頻傳感節點的配對反饋報文後，先檢查報文首部的初 始配對申請號，該欄位由發起配對申請的本地音頻傳感節點的設備識別號唯一標識，如果 與自身的申請號不相符則丟棄該報文。本地音頻傳感節點接收到附近視頻傳感節點的反饋 報文後將可能出現的設備識別號及其相對應的RSSI值記錄，之後查找擁有最小信號衰減 值的設備識別號，將其加入反饋報文的尾部後再次發送出去。在本地音頻傳感節點的信號 一跳可達範圍內的各個視頻傳感節點都會收到該報文，通過檢驗報文尾部的設備識別號來 判斷本次配對申請成功的對象是否是自身。如果不是則將該報文丟棄不做處理同時繼續監 聽網絡中的由其他音頻傳感節點發送來的申請配對報文。此時確認配對成功的報文會由目 標視頻傳感節點再次發送回本地音頻傳感節點，接收確認後由本地音頻傳感節點發送出帶 有目標視頻傳感節點設備識別號與本次配對號的監控啟動報文，後音頻傳感節點自身啟動 音頻監測開始採樣環境音頻信息，在接收到監控啟動報文後與本地音頻傳感節點配對成功 的目標視頻傳感節點同步開始採樣環境視頻信息。在音頻與視頻傳感節點採樣時間到達初 始化時同步指定的信息採樣時間後結束本次環境信息採樣，並在數據包首部加入本次採樣 開始時間信息與本次配對號信息，再將這些信息以多跳的方式傳送回基站節點並在監控終 端軟體實現將帶有相同採樣開始時間與配對號的視頻與音頻信息的融合播放。步驟6)適應不同應用需求的工作模式。在監控區域設置多媒體傳感節點後，針對某一被測物體或固定區域，進行傳感方 向引導，之後的視頻傳感節點與音頻傳感節點協同工作可以根據不同的應用需求在單體與 群體兩種工作模式間切換。在群體工作模式下類似於步驟5)中描述的情形，由一個音頻傳感節點驅動一個 視頻傳感節點協同採樣環境多媒體信息，通過一對一的配對來實現區域監控。這種工作模 式可以適應較大範圍的區域監控，實現對監控目標全景粗略的覆蓋。單體工作模式與群體 工作模式有所不同，初始化同步網絡設備工作時間，在被測物體或監控區域附近投擲視頻 事件，的同時投擲一枚音頻傳感節點作為驅動節點以保證監控區域在單個音頻傳感節點的 有效覆蓋範圍內，並記錄下該音頻傳感節點的設備識別號。驅動節點的作用是為了驅使周 圍臨近區域內多個視頻傳感節點自組織建立小區。監控終端發出視頻事件搜索指令，在傳 感方向引導結束後，由監控終端通過基站節點發送帶有驅動節點的全網絡唯一設備識別號 的數據包，其他非驅動節點接收到該數據包後檢查自己的設備識別號是否與該數據包首部 的設備識別號相同，如果不同則不做處理並轉發該數據包。當驅動節點收到該數據包後即 刻啟動小區探尋算法，該方法的詳細流程如下驅動節點發出小區探尋數據包，該數據包包括驅動節點自身的設備識別號。在驅動節點的信號有效可達範圍的每個視頻傳感節點都會響應該包，並且將自己的設備識別號 加入數據包尾部後反饋給驅動節點，由於該數據包不會被一跳可達範圍內的其他任何多媒 體傳感節點轉發，所以在驅動節點的有效信號覆蓋範圍內的各個視頻傳感節點就會成為小 區組建的各個備選子節點。驅動節點將各個鄰居視頻傳感節點即備選子節點反饋回的數據 包抽樣出各自的設備識別號與信號衰減RSSI數值，挑選出RSSI絕對值小於某一經驗門限 值的全部節點的設備識別號並將其全部封裝入新的小區組建申請數據包內，同樣發送給小 區內的各個備選子節點，各個備選子節點在收到由驅動節點發送出的小區組建申請數據包 後，如果檢驗出自身設備識別號在該數據包中就將自身的設備識別號再次加入數據包尾部 後反饋給驅動節點。驅動節點再次將收到的全部反饋信息抽樣出各個備選子節點的確認後 的設備識別號，將其全部封裝入帶有小區識別號信息的監控啟動指令數據包中並發送該數 據包，後開始採樣環境音頻信息。小區內的各個備選子節點在收到驅動節點發送出的監控 啟動指令數據包後立即開始採樣環境視頻信息。在採樣結束後各個節點將本次採樣的採樣 開始時間連同小區識別號一起封裝入自己採樣的環境多媒體數據包內並將其發送回基站 節點並在終端軟體實現多角度視頻的播放與同步的音頻數據的播放。
權利要求
一種物聯網環境下基於傳感方向引導的節點協同工作方法，其特徵在於該方法包括的步驟如下步驟1)視頻傳感節點感知半徑使用清晰感知半徑與模糊感知半徑來定性衡量視頻傳感器的感知範圍，在各自的感知範圍內具有可區別的感知特性；即在清晰感知半徑內，視頻傳感節點可以清晰地識別出進入感知區域的物體，足夠滿足用戶對於環境監測的需求，並可以對一般的進入感知範圍內的物體做出反應；在模糊感知半徑內，可以對強光源等特殊的「視頻事件」做出反應；步驟2)視頻事件感應模型遠處設置一個強光源，該光源所在位置處於視頻傳感器的模糊感知半徑範圍內；在某一離散時刻，視頻傳感節點的傳感方向向量與原點到光源連線的方向向量之間的夾角取值落在[-感知區域視角/2，感知區域視角/2]值域範圍內時滿足上述設置情形；步驟3)視頻事件感應模型的應用進入快照工作模式後，視頻傳感節點首先採樣單幀環境視頻數據，並對當前採樣的單幀視頻數據遍歷掃描；在識別出視頻事件以後，計算該視頻事件在當前單幀視頻數據中的矯正平均列值，以供後續步驟操作使用，而無論視頻事件在視頻傳感節點的清晰感知半徑範圍內還是模糊感知半徑範圍內，都可以利用感應模型的原理來實現對採樣的單幀視頻數據遍歷掃描的方式來識別出視頻事件；步驟4)無線多媒體傳感器網絡中的視頻傳感器方向引導方向引導方法的目的是為了使得視頻傳感節點的傳感方向朝向被測物體或待測固定區域；經過方向引導後，使得視頻事件與傳感節點的連線與傳感節點的傳感方向向量之間的夾角值域在[-感知區域視角/2，感知區域視角/2]範圍內，並且儘可能地縮小夾角以到達更優的監控效果；步驟5)視頻與音頻傳感器配對協同方法由全網中數量較少而且單位時間能耗較低的音頻傳感節點來主動發起配對協同工作的申請，由一個音頻傳感節點與一個視頻傳感節點配對協同完成環境監控；步驟6)適應變化的工作模式在不同規模的應用場景下可以採用不同的工作模式，即群體與單體兩種針對不同監控範圍與監控需求的工作模式；群體工作模式類似於步驟5)描述的方法，由一個音頻傳感節點驅動一個視頻傳感節點協同採樣環境多媒體信息，通過一對一的配對來實現區域監控；單體工作模式的特殊之處在於，由單個音頻傳感節點驅動建立起工作小區，在該工作小區內的其他多個視頻傳感節點聯動工作採樣環境多媒體數據信息，以滿足更為精確的適用於較小範圍內的區域監控或目標物體的多角度高精度的監控需求。
全文摘要
基於傳感方向引導的無線多媒體傳感節點協同工作處理方法，主要涉及了多媒體傳感器網絡中一種目標監控的有效實現方法，該方法基於本發明提出的傳感節點感知半徑理論與視頻傳感模型，與實際應用相結合，並根據不同的應用場景提出了群體與單體兩種工作模式來滿足實際不同的監控需求。從理論與實際兩個角度來闡述了無線多媒體傳感器網絡中方向引導方法，結合自身的易於操控、簡潔高效、節約成本、低開銷能耗以及高靈活性等特點，為無線多媒體傳感器網絡在監控領域的應用提出了建設性意見。
文檔編號H04N5/335GK101841930SQ201010155799
公開日2010年9月22日 申請日期2010年4月23日 優先權日2010年4月23日
發明者凡高娟, 葉寧, 孫力娟, 沙超, 王汝傳, 肖甫, 魏燁嘉, 黃小桑, 黃海平 申請人:南京郵電大學