工艺与技术101 2021年第2期
郭小娟
（河南工业贸易职业学院，河南 郑州 451100）
摘 要：随着无线传感器网络的广泛应用，对传感器网络采集数据信息要求不断提高，多媒体信息感知能力的无线多媒体传感器网络应运而生，数据流传输需要网络提供服务质量保证。对无线多媒体传感器网络路由算法以及路由协议面临的挑战进行分析，深入探讨自适应遗传算法的基本原理，改进后应用于无线多媒体传感器网络路由问题，设计基于遗传算法的QoS路由算法，试验表明采用自适应算法后，能够有效提高算法收敛速度，比传统遗传算法的最优结果更好。 关键词：无线多媒体传感器网络；QoS路由；遗传算法
中图分类号：TN919.8；TP212.9 文献标志码：A 文章编号：2096-3092（2021）02-0101-03基于自适应遗传算法的无线多媒体传感器网络的QoS路由算法
随着信息技术的发展，物联网网络技术在业界受到广泛关注，物联网通过RFID、无线局域网等网络技术采集物物交换信息，实现信息的交互，而无线传感器网络（WSNs）是物联网的关键部分，WSNs研究对物联网建设具有重要意义。WSNs通过对大量传感器节点密集部署，以无线通信方式形成多跳网络， 网络中不同节点协同感知，向观察者发动监测数据。2003年麻省理工学院将WSNs列为改变世界的十大新技术之首[1]。WSNs融合逻辑信息与世界客观物理世界，在军事应用、医疗护理、工业控制等领域具有广阔的应用前景。美国著名院校，以及英德等国家开始了对WSNs的研究开发工作，我国各大高校也加入研究领域掀起研究热潮。无线多媒体传感器网络（WMSNs）涉及多个学科领域，包括传感器技术等，出现了数据融合、路由算法等众多研究热点问题。路由算法是WMSNs的关键技术[2]，路由设计应考虑利用网络资源。
1 WMSNs概述
WSNs通过将多媒体信息采集设备加入无线多媒体传感器网络，从而具有数据收集功能的多媒体传感器节点分布式网络系统。部署区域多媒体信息通过多媒体感知设备采集，将节点数据汇聚到Sink节点，对监测数据进行融合后传送给观察者。
WMSNs包括测量传感器、多媒体传感器节点、基础设施网络。网络由音视频等多媒体传感器节点通过平面自组织形成[3]，各传感器节点将采集数据与周围节点融合，通过有线网络将数据传送到管理中心方便观测者管理。WMSNs具有WSNs的基本特点，包括节点资源有限、数据多跳转发等。在WMSNs无线多媒体传感器网络中引入具的多媒体信息感知设备，具有感知数据丰富、处理任务复杂、网络功能强大等特点。通过在WMSNs中节点安装CMOS摄像头等设备，采集音视频等，使网络出现多种类型数据，对节点CPU处理能力要求较高。
WMSNs具有丰富的数据感知能力，在远程医疗等诸多领域得到广泛应用。WMSNs的特点是快速部署，通过传感器网络可监视站场环境[4]，具有站场评估等功能。在海关、车站等公共集会场所安全监测领域广泛应用，能够及时识别可疑人员，对突发情况进行监控预报。无线多媒体传感器感知能力强，通过源节点与Sink节点进行音视频等多媒体业务数据流的传输，具有低能耗、低时延的特性。
保险杠模具2 国内外研究现状
物联网是我国战略性新兴产业，十二五规划提出加快物联网发展，攻克核心关键技术，形成全面智能化升级基础设施。WMSNs技术发展受到许多国家和企业的重视，例如美国大力推进基于WMSNs的智能系统开发，西班牙、法国等国家加快部署WMSNs相关物联网基础设施建设。信息工业界英特尔公司等开始相关研究工作，日本、英国等国家开展对WMSNs的研究。
2003年，Holman等[5]率先提出利用视频传感器网络实现海岸环境监控，DeBardelaban[6]在加利福尼亚州举行国际会议上发文提出多媒体传感器网络概念，此后学界在IEEE系列会议发表有关WMSNs研究论文。近年来，国内外相关研究开始更多地涉及WMSNs的相关专题。美国军事部门将WMSNs作为重要研究领域；美国自然科学基金委员会编制相关研究计划；美国多所著名大学成立相应研究机构启动科研计划，如斯坦福大学无线传感器网络实验室制定MeshEys Mote项目，设计智能监控能量有效微型摄像机节点，密苏里大学将视频传感能力引入无线传感器网络[7-8]。
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国内各大高校也加入研究队伍，开始WMSNs研究，
如北京邮电大学、中国科学院计算技术研究所等，北
京邮电大学智能通信软件重点实验室在多媒体技术、
智能信息处理等相关领域开展研究，对无线多媒体传
感器网络同步问题、路由算法、网关等方面进行研究。
如孙岩等[9]基于Josang信任评估模型对数据进行信
任评估，构建WMSNs信息质量评估模型，综合数据域
检测参数确定综合信息质量指标，由时延决定信息新
鲜度，以剩余能量表示信息持续度。南京邮电大学无
线传感网络技术研究试验对无线多媒体传感器网络数
铝制工艺品
据融合、图像压缩等方面开展研究。张军强等[10]根
据网络节点数据采集方向性进行分簇，减少传输冗余
数据能耗。李瑞瑶等[11]提出满足实时性的事件驱动
QoS通信协议EDQC。曹啸等[12]提出视频流多路径路
由算法ACMRA，根据节点剩余能量调整信息素初始值，
将节点剩余能量与初始能量比作为信息素期望函数，
算法有效提高了网络吞吐量，延长了网络生命。
国家自然科学基金委将无线多媒体传感器网络理
论研究作为重点资助项目，涉及对网络覆盖控制、QoS
保障等关键技术研究，如邓清勇等[13]提出基于代价
的人机交互地理路由算法。2014年资助课题组最优
化资源分配研究和蒋伟课题组能量受限视频感知编码
研究。
3 WMSNs QoS路由建模
WSNs与传统网络不同，通过中继节点提高信息传
输能力，而WMSNs可以打破传统网络限制。基于Mesh
建构无线网成为新的发展目标，可以有效提高网络覆
盖能力，利用路径冗余提高网络可靠性。无线网络包
括路由器、传感器节点。路由器的作用是维护网络，
使单独信道与路由机制连接，将传感器网络广泛应用
于环境监测，G=(V,E)，V为传感器节点集合，E为节
点链路集合。
E i ,j=(v
螺柱焊i
,v
j
)∈E，为通过节点传感器创建无线传
感器链路，Qos路由要到满足约束路径，无线网络
QoS路由指标使用数据描述，时延抖动为J。宽带是路径最小跨带路径，使用公式为B(P)=min(B(e
j
))，丢
包率使用公表示为L(P)=1-L(e
i
,j)，时延是QoS路由
优化主要指标，公式为D(P)=D(e
i
,j)，时延抖动公式
为J(P)=max J(e
i ,j)-min J(e
i
,j)。
4 基于自适应遗传算法的QoS路由设计
自适应遗传算法（Genetic Algorithm,GA）在模拟化算法方面体现出非常重要的应用价值。该遗传算
法的操作流程主要涉及初始编码、体生成、适应度函数构建、方法选择、变异数据处理等环节。在自适应遗传算法的应用下，WMSNs的QoS路由问题解决步骤如下：（1）确定编码方式。采用整数编码方式，可以将使用染体表示多种路径，以实现对传感器节点的统计和编号。（2）确定适应度函数。适应度函数主要用于对最优解的评价，相关领域技术人员通过采用跳数的方式完成对适应度函数的构建，当满足QoS相关约束条件时，适应度函数最终求得的解最优，标志着所选的路径是最优的。（3）变异操作。相关领域技术人员通过采用变异操作方式，可以在不产生非法路径的前提下，获得可行解，同时，还能最大限度地避免出现过多的可行解重复计算量，在进化过程不断加快的情况下，确保所有新个体都能够拥有一个可行解。总之，在自适应遗传算法的应用背景下，为了进一步保证QoS路由设计水平，相关领域技术人员必须严格按照以上步骤进行操作。
5 基于遗传算法的无线多媒体传感器网络WMSNs 算法
传感器网络节点具有存储能力等多种优势，设计网络路由算法要使用自适应遗传算法，对路径信息素挥发系数进行自适应调整。解决QoS路由问题的步骤包括编码方式等。
采用整数编码方法，将路径用染体表示为Chrom={v
1
…v
n
丨v
i
∈V}，v
1
…v
n
为传感器节点编号。
采用跳数构造，定义为fitness={1/H(P),B(P)≥B
min
D(p)
≤DHD-PRIDE
max
J(P)≤J
min
；0，other}满足QoS约束H(P)跳数值小。采用单点交叉方法，Px(t)=exp(-t2/2σ2)，算子优点是在（0，1）区间缓慢减小。
V
i
节点中的K是根据相应概率公式选择下一节点
V
j
，从现在节点V
i
的相邻节点中得到，公式为P
ij
=([τ
ij
(t)α]
[η
ij金属手铐脚镣
]β/(j[τ
ij
(t)α][η
ij
]β)，超前运行的K无法到达目的地，K的运行路径可根据公式更新路径链条中的信
息素。τ
j
(t+1)=(1-ρ
1
)τ
ij
(t),0＜ρ
1
＜1为局部信息素挥发系数，利用K经过链路中信息素浓度能避免运行后选择此运行节点。在K到达目的地中通过链路信息
素根据公式计算。τ
ij
(t+1)=(1-ρ
2
)τ
ij
(t)+∆τ
ij
(t)，经多次迭代，目标函数F最小值不变，使用泊松分布随机布置节点，将距离最远的170作为目的节点，Pm=0.04，成功率为55%，进化前期设置较大的Px可增加种多样性。
工艺与技术103 2021年第2期
6 结束语
无线多媒体传感器网络数据传输对QoS参数要求较高，使其在军事侦察等领域具有广阔的应用前景。文章采用自适应变异遗传算法设计无限多媒体传感器网络QoS路由算法，改进后QoS路由具有良好结果，但仅采用跳数衡量路径不够，对相同条数路径从带宽等其他QoS指标比较路径好坏，寻满足各方面需求的最优路径，还有待进一步研究。
参考文献：
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作者简介：郭小娟，本科，讲师，研究方向为计算机应用、网络应用。
需要在设计的过程中确保整个数据库结构的完整性。因此，需要对使用者的需求进行更加深入的剖析和了解，并且结合分析的结果为后续数据库系统中物理连接图的绘制提供基础，需要将理论电子-R卡与DBMS 系统联合起来共同发挥作用，并且转换为程序语言，这样实体间的关系就能变换为数据库系统。存取数据的结构和方式都应该包含在数据库内，这两种方式分别为澄清数据库系统的物理结构和评估物理结构。在设计的过程中，需要考虑这两个步骤对数据库整体物理结构合理性和有效性产生的影响。
6 结束语
综上所述，在数据库中应用软件工程不仅可以增软件工程,2019(23):167-168.
[2]罗毅.试论数据库设计中软件工程技术的作用[J].计算机产品与流通,2019(7):20.
[3]郭华.论数据库设计中软件工程技术的重要作用[J].计算机产品与流通,2019(5):23.
[4]郑宪秋.软件工程技术在数据库设计中的重要性及应用[J].电子技术与软件工程,2019(7):158.金属板材加工
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作者简介：史俊杰，本科，研究方向为软件工程技术。
