基于集群论的视频传输多径路由算法

摘 要视频流无线多媒体传感器网络中，需要提供各种各样的QoS保证。提出了基于改进的聚类 MPCA（多径聚类算法），发现优先路径和相应的重要性不同的视频数据多径路由算法。通过优化人工网络链接信息的初始分布，改进后的算法能更快地找到可行路径和收敛速度。实验结果表明，MPCA算法在网络性能、视频性能和网络生命周期方面，都具有明显的优势。

【关键词】无线多媒体 集群论 多径路由 视频 优质的服务路由

1 前言

视频流传输是无线多媒体传感器网络中的典型应用，视频传感器节点的视频数据传送到汇聚节点，无线多媒体传感器网络视频流传输中，应考虑以下两个点因素：

（1）视频流媒体数据上的 QoS，如带宽、 时延延迟抖动、丢的包率。

（2）平衡的完整网络能源、扩展的网络生活 无线多媒体传感器网络中，路由协议用于视频数据传输的服务质量感应路由协议的基础。

早期的感应QoS 路由算法只有单一的 QoS 参数，如网络或传输，通过深化研究无线多媒体传感器网络中，专为多媒体数据传输的路由机制，而实现实时数据传输可靠性。视频失真机理的 QoS 路由算法的预测模型为 PEMuR，但缺点是需要计算额外的成本，由于传感器网络资源有限，这种方法是不切实际的。路由算法的质量服务通过异步视频图像，基于相关性图像编码策略，通过负载均衡方法的视频数据转移到不同的路径，不仅影响视频解码的质量和还造成网络资源的浪费。因此，没有优先多径的方法是不可取的。

2 基于改进的MPCA集群论的多径路由算法

2.1 优化分布链接信息

无线多媒体传感器网络的部署，每个节点不知道上下文中其他通讯节点信息，网络 的每个节点的邻居表。设置如图 1 中所示，n 节点设置在网络上，由会议节点和建立邻居请求节点，必需包含节点数为1。当收到邻居节点信息后，必需在记录的节点编号和生产时，必需包含节点数。

2.2 MPCA 算法

（1）接收者发送到网络邻居节点请求建立邻居节点，建立邻居节点与链路带宽之间的关系链接从邻居表中删除，并提供大量的可行路径，寻找邻居节点，产生排序顺序和每个节点的邻居表，根据信息素在链接时，初始值为零，则当前路径汇聚节点的路由表设置为null，初始化计时器节点集内，发送每个节点值；

（2）添加P，如果只发送更新路径P节点路由表，并考虑优先级，则进入步骤3；将计算的路径设置为目标函数，最优目标函数的最大值为所选路径设置值，更新的节点生成一个反向路径，它代表如果相交节点信息素重置，则其余的全局信息素更新，进入步骤3；

（3）通知节点，开始传输视频流数据，根据数据的重要性不同，选择适当的优先转发路径，等待下一个循环周期的记录。

3 模拟与分析

3.1 仿真和实验方法

NS2模拟仿真软件，首先进行工具设置视频，视频测试用例文件为 foreman_qcif，Mpeg-4视频编码，编码共有400帧，帧格式为IBBPBBPBBP...，帧长度12，videodata到UDP片段大小是1024字节。每个节点的初始能量为二维网络测试场景的大小。链接丢失率范围被设置为0到0.6。链道带宽，数据发送速率，随机值范围为500 KB/S～1.5 Mb/s的视频流，允许路径最大时长为5秒，最小的路径带宽设置为800 KB/s，默认信息色素初值为0。仿真实验分为两个部分：

（1）比较算法MPCA及经典群集上的算法收敛性，利用重复随机试验的方法在不同网络规模模拟场景下进行实验，直到算法的评价指标达到收敛；

（2）利用NS2的视频工具集，真实的视频流文件数据中的视频传输，网络和性能比较两种不同情况，包括帧下降率、延迟、峰值信噪比，以及能源消耗。

3.2 网络和视频性能比较

网络大小为200个节点，随机的统一部署，邻居节点集的网络密度是5。由于使用mpeg-4代码，所以需要3个不同优先级的请求路径，对应3种不同的视频帧，BP帧，帧提供不同的传输路径。路径汇聚节点发送的数量设置R=3，路径的优先级最高，P帧第二，最低的B帧，帧传输。我们使用两种类型的视频模拟场景：

（1）以确保实时；

（2）确保图像质量在每一轮网络维护中减少0.04；在应用程序场景中权重因子QoS物按缺省设置。

在两个应用程序场景，MPCA 算法和定向扩散算法，与服务质量感知的多径路由算法 MMSPEED相比，固定 MMSPEED 路由路径数是3，优化的实时数据，其最大路径延迟是 3 秒，下限概率达0.2；第二场景中，最佳的数据可靠性，路径延迟线为 10 秒，可以达到下限的概率 0.8，如表1。

4 结束语

基于集群论的视频传输多路径路由算法基于改进MPCA聚类算法。基于集群的经典理论，根据邻居节点构建一个无线多媒体传感器网络信息的优化分布，信息素初始化，以加快收敛速度。多径路由方案依据不同的视频编码数据，选择适当的优先级，尽可能保证关键数据的有效传输。基于集群的路由协议更加灵活，因为算法是基于视频大小和QoS参数集的权重因素来应对不同多媒体应用需求。

参考文献

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作者单位

湖北职业技术学院 湖北省孝感市 432100