本发明涉及数据处理
技术领域：
：，具体地，涉及无线多媒体传感网络中基于qoe命名的数据传输方法及系统。
背景技术：
：：无线多媒体传感器网络(wmsns)通过大量数据采集方法以及支持各种多媒体应用让城市生活更加丰富多彩。近些年来，wmsn被广泛应用于环境监测，以构建智慧和谐城市的众多应用设施。同无线传感网(wsns)一样，wmsn的架构通常包含三层，分别为传感器层,汇聚层和基层，来有效地收集环境中无处不在的传感数据。当用户访问wmsn的数据时，基站(bs)、汇聚设备和传感器可视为接入点(ap)。因为每个ap通常固定在一个地理位置，所以只有本地用户可以通过无线连接直接访问wmsn，而远程用户得访问则需要通过卫星、互联网或移动网络的接入。近些年来，为了加强环境监测效率，wsn中允许移动节点设施的加入来聚合各个分布式传感器收集到多媒体传感数据，但是考虑到重新部署大规模移动传感基础设施的高昂代价，许多研究者指出，把固定汇聚节点升级为移动汇聚节点是最简单、有效的方法。尽管移动汇聚节点可以使wsns从某种程度上摆脱资源约束的限制并且为环境监测提供一种灵活高效的网络形式，但移动汇聚节点的高动态性常导致通信中断，这主要因为其的位置移动可能使其进入无线信号无法覆盖的盲点。而wmsn所执行应用程序服务通常需要更好的用户体验质量(qoe)，因此要求更低的通信中断概率。传统基于tcp/ip协议的wmsns，数据的重新传输是处理通信中断最有效的方法，但这样一个简单的重传机制并不适用于带有移动汇聚接收器的wmsns，因为它将延长端到端的通信延迟并且占用更多的通信资源(如通信链路、带宽和内存)。因此，较高的数据包重传几率可能会大大降低用户体验质量。为了提供更有效的数据收集以及满意的服务质量，qoe的监测与控制技术被认为有巨大的使用价值。实际上近些年来，支持各种wmsn应用的基于qoe感知技术已经受到了普遍认可。然而，考虑到tcp/ip传统架构的局限性，网络供应商根据用户需求，不产生增加移动汇聚节点的额外成本，而直接传输数据改善qoe是很难做到的。qoe优化旨在解决网络性能优化的问题，它允许不同用户请求的数据在不同网络资源中传输。因为在wmsns中每个节点的能量资源都是有限的，所以研究者们通常关注于节能qos的路由来扩展每个传感器的生命周期。例如，考虑到在包含有大规模多媒体信息的wmsns中，由于多约束条件的qos路由规划需要遍历所有路由路径，计算复杂度太高。spachos等人针对此问题提出了一种并行量子进化算法，该算法可以减少能源消耗，同时保障qos性能，包括信息传输延迟、网络带宽、抖动率和丢包率。同时，为了提升qos路由选择的效率，al-anbagi等人为wmsns制定了一种基于倾角的qos和能源监管的动态路由方案，优化了wmsns中的转发候选集的选择并且显著延长了网络节点生命周期。然而，事实证明使用单数据包方案改善qos是一个非最佳策略，因为单包的高复杂度以及语义不完整性，将导致移动汇聚节点转发数据到错误的地址。而理想的方法是把所有这些数据上传到数据中心，然而由于受限于移动汇聚节点的能量限制，上述方法不适用于wmsns。现阶段，研究人员设计了各种qos方面的多路复用技术来提高网络带宽资源利用率。较为前沿的方法主要包括雾计算和内容中心网络(ccn)组网方式，其中雾计算适用于快速变化的分布式计算场景，它是一种将云服务部署在网络边缘设备上的新型计算范式。cardellini提出了一种基于雾计算基础架构的数据流处理(dsp)的分布式qos感知调度方案，尽管这样的分布式调度策略提高了整个网络的性能和适应性，但其复杂的拓扑结构将导致网络传输链路的不稳定，这将降低应用程序的可用性。用户体验质量(qoe)是一个从qos延伸而来的概念，用于评估用户对网络性能的综合满意度。mohammad等人设计了一种基于qoe的雾计算下的物联网资源评估机制，在先前qoe参数与净推荐值(nps)记录的基础上，来改善当前的qoe。然而不同于雾计算，ccn是一种新型的网络架构，它通过对内容进行命名将内容与网络地址解耦，内容访问者的身份认证、访问权限控制、内容缓存与转发都将基于为内容所取名字。许多研究表明，由于开放的命名规则以及动态缓存原理的应用，ccn扩展性很强。例如，ren提出了在wsns中适用的一种轻量级的ccn协议来有效收集传感数据。然而从当前关于ccn和ccn-wsn的研究来看，汇聚节点的移动性依然使wmsns面临许多困难与挑战。术语解释：qoe：用户体验质量(qualityofexperience)；wsns:无线传感网络(wirelesssensornetworks)wmsns：无线多媒体传感网络(wirelessmultimediasensornetworks)；ms-wmsns:无线多媒体传感网络中的移动汇聚节点；nc：网络演算(networkcalculus)；hcnt：分层内容命名结构树(hierarchicalcontentnametree)；qos：用户服务质量(qualityofservice)；ccn：内容中心网络(content-centricnetwork)；dsp：数据流处理(datastreamprocessing)；cs：内容储存器(contentstore)；pbt：待定请求表(pendingboostingtable)；fib：前向转发表(forwardinginformationbase)；sla：服务等级协议；(servicelevelagreement)。技术实现要素：针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种无线多媒体传感网络中的数据传输方法及系统。根据本发明提供的一种无线多媒体传感网络中的数据传输方法，包括：数据内容命名步骤：分别在传感器节点和移动汇聚节点用qoe参数来代表各类事件对网络资源的qoe需求，将qoe需求作为数据内容的名称；缓存及转发步骤：移动汇聚节点临时缓存传感器节点上传的数据内容，当新接收的数据内容的名称和缓存内的名称相同时，丢弃新接收的数据内容，且只有用户端需要的数据内容被发送至用户端。优选的，所述数据内容分为请求包和数据包，任何移动汇聚节点接收到请求包后不返回应答包，执行发送数据包以应答请求包、转发该请求包或者进行信息列队管理。优选的，所述数据内容命名步骤包括：分别在传感器节点和移动汇聚节点部署分层内容命名结构树，将数据内容分为用户特征、网络服务以及环境三个领域，每一领域下的参数用对应的字符表示。优选的，所述缓存及转发步骤包括：在网络节点中配置内容存储器、未处理推进表和信息转发表；新接收的数据内容到达网络节点的接口时，先在所述内容存储器中进行匹配，若没有匹配项，则直接发送，否则：新接收的数据内容在所述未处理推进表进行匹配，所述未处理推进表收集不同传感器节点广播的请求包，若有匹配项，则路由器根据未处理推进表中的qoe参数给用户端分配网络资源，将数据包以不同优先级传送给用户端，若没有匹配项，则在所述信息转发表进行匹配；若新接收的数据包在所述信息转发表中有匹配项，则转发请求包至网络节点的其他接口，若新接收的数据包在所述信息转发表中无匹配项，则丢弃。根据本发明提供的一种无线多媒体传感网络中的数据传输系统，包括：数据内容命名模块：分别在传感器节点和移动汇聚节点用qoe参数来代表各类事件对网络资源的qoe需求，将qoe需求作为数据内容的名称；缓存及转发模块：移动汇聚节点临时缓存传感器节点上传的数据内容，当新接收的数据内容的名称和缓存内的名称相同时，丢弃新接收的数据内容，且只有用户端需要的数据内容被发送至用户端。优选的，所述数据内容分为请求包和数据包，任何移动汇聚节点接收到请求包后不返回应答包，执行发送数据包以应答请求包、转发该请求包或者进行信息列队管理。优选的，所述数据内容命名模块分别在传感器节点和移动汇聚节点部署分层内容命名结构树，将数据内容分为用户特征、网络服务以及环境三个领域，每一领域下的参数用对应的字符表示。优选的，所述缓存及转发模块在网络节点中配置内容存储器、未处理推进表和信息转发表；新接收的数据内容到达网络节点的接口时，先在所述内容存储器中进行匹配，若没有匹配项，则直接发送，否则：新接收的数据内容在所述未处理推进表进行匹配，所述未处理推进表收集不同传感器节点广播的请求包，若有匹配项，则路由器根据未处理推进表中的qoe参数给用户端分配网络资源，将数据包以不同优先级传送给用户端，若没有匹配项，则在所述信息转发表进行匹配；若新接收的数据包在所述信息转发表中有匹配项，则转发请求包至网络节点的其他接口，若新接收的数据包在所述信息转发表中无匹配项，则丢弃。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、本发明在无线多媒体传感网络中的移动汇聚节点上部署分层内容命名结构树(hcnt)，使每个用户能够根据自己的qoe需求封装传输内容(为内容起一个和qoe相关的名称)，同时使每个移动汇聚节点可以通过hcnt为不同的传感数据上传动态的分配可用网络资源；2、本发明的数据传输机制允许移动汇聚节点临时缓存数据，并使移动汇聚节点能够随时、随地的对所搜集的传感数据进行预处理，以降低的传输数据的冗余。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明无线多媒体传感网络中的数据传输系统架构图；图2为本发明基于qoe命名的通用网络节点模型示意图；图3为本发明的分层内容命名树的示意图；图4为传感器节点到移动汇聚节点的延时分布图；图5为传感器节点与移动汇聚节点的信息传输平均时延比较图。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。本发明提供了一种无线多媒体传感网络中基于qoe命名的数据传输系统，分别在移动汇聚节点和传感器节点基于qoe对数据内容进行命名，其次根据数据内容的命名规则对内容进行有选择性的缓存和转发。所设计的数据传输系统的基本架构如图1所示，该方案将传感器节点视为底层的内容聚集单元，而移动汇聚节点作为上层的内容汇聚单元。当用户访问传感器节点上的数据内容时，本地用户可直接通过无线局域网直接访问，而远程用户需要通过以太网或者移动通信技术与无线多媒体传感网络中的移动汇聚节点ms-wmsns取得连接，才可以访问数据内容。所采集的数据内容在传感器上进行简单地命名和过滤之后上传到移动汇聚节点，作为有着丰富资源的网络节点，在上层的移动汇聚节点可以提供细粒度的qoe识别、冗余减少、内容命名和内容缓存服务。这种机制使得多数用户能够同时接收到相同的传感数据，而且允许一个用户接收来自不同传感器的传感信息。本发明使用qoe的参数来代表传感信息中各类事件对网络资源的qoe需求，将qoe需求作为内容的名称，网络资源的优先级分配策略根据这些名称自动化的生成，而不再是由数据用户指定，很好的避免了不必要的资源需求冲突。无线多媒体传感网络中基于qoe命名的数据传输系统包括：数据内容命名模块：分别在传感器节点和移动汇聚节点用qoe参数来代表各类事件对网络资源的qoe需求，将qoe需求作为数据内容的名称；缓存及转发模块：移动汇聚节点临时缓存传感器节点上传的数据内容，当新接收的数据内容的名称和缓存内的名称相同时，丢弃新接收的数据内容，且只有用户端需要的数据内容被发送至用户端。数据内容分为请求包和数据包，传感器节点通过可用的连接服务将这些包发送给移动汇聚节点，其中路径可通过广播发送请求包达到最优。任何移动汇聚节点接收到请求包后不返回应答包，执行发送数据包以应答请求包、转发该请求包或者进行信息列队管理。由于这两种包类型都可以通过qoe参数识别数据内容，所以这种基于qoe命名内容方案可以保证多媒体数据在wmsns中的高效传送。基于图1的整体架构，本发明方案中网络节点(包含移动汇聚节点、传感节点和路由器等)的通用模型如图2所示。该模型和内容中心网络相似，只关注信息内容本身，实现了内容和内容地址的解耦合。其中网络中每个节点包括内容存储器(cs)，未处理推进表(pbt)和信息转发表(fit)。新接收的数据内容到达网络节点的接口时，先在所述内容存储器中进行匹配，若没有匹配项，则直接发送，否则：新接收的数据内容在所述未处理推进表进行匹配，所述未处理推进表收集不同传感器节点广播的请求包，若有匹配项，则路由器根据未处理推进表中的qoe参数给用户端分配网络资源，将数据包以不同优先级传送给用户端，若没有匹配项，则在所述信息转发表进行匹配；若新接收的数据包在所述信息转发表中有匹配项，则转发请求包至网络节点的其他接口，若新接收的数据包在所述信息转发表中无匹配项，则丢弃。所述的内容存储器(cs)和ccn中的cs类似，但是具有不同的功能，因为ccn中的每个数据包可能适用于多个用户，所以ccn节点需要尽可能记住每一个到达数据包。而本发明方案是基于qoe集中化的，用qoe参数对数据包进行命名，同时具有高优先级的数据包可以被更快的转发传送。这里网络只负责比特率数据包的发送，数据用户从网络中选取所需要的数据内容，数据包匹配操作也在用户端完成。所述的未处理推进表(pbt)负责收集由不同的传感器节点广播的请求包。路由器通过pbt中的qoe参数给用户节点分配网络资源，使得到达的数据内容可以以不同的优先级传送给相应用户。在传统的ccn中，数据用户依据他们的需求获取信息内容，并且只有兴趣包和需求数据包被路由转发。然而，在本发明方案中，对于传感数据的大量请求，移动汇聚节点不需要选择数据，任何到达数据包都会被接受，且只有请求包被路由转发。所述的信息转发表(fib)与ip网络的路由表类似。如果到达的数据包有精确匹配项，则请求包会被转发到所有除了到达接口以外的接口；如无匹配项，则丢弃这些数据包。与ip网络不同，fib支持同时向多个接口转发数据。基于上述模型，所述的qoe参数命名方法介绍如下。在传统的基于ip地址的网络中，通常是通过例如mac地址(物理地址)、tcp端口和ip地址的一串数字序列识别数据包。而在ccn中，数据包是通过内容的名字直接被识别，数据包的汇聚也是依赖广播的兴趣包，只有需要的内容被发送到用户端。在本发明的基于qoe命名的网络中，是通过分层命名实现数据汇集，这种分层命名的架构可以很好地反映出网络中数据用户的需求。用于命名的qoe参数如表1所示。用户特征网络服务环境初始期望vip级别自然环境背景内容属性文化氛围精神状况sla配置社会环境个人经历端到端的qos系统运行环境………表1qoe命名表数据内容命名模块分别在传感器节点和移动汇聚节点根据qoe命名表部署分层内容命名结构树，将数据内容分为用户特征、网络服务以及环境三类，每一类下的参数用对应的字符表示。所述的用户特征是在特定应用场景中一类数据的、可估计的和可配置的参数，包括初始期望、背景、精神状况和个人经历等。例如，在配置传感器参数之前，可以先大致的测试一下用户的期望特征值，这样每一个传感器可以根据已知用户特征来进行配置。任何传感器可以生成被用户特征标识的数据包和请求包，并且在数据包到达时，任何网络节点应该先匹配相应的用户特征。所述的网络服务是在qoe命名表中另一个重要的匹配参数类型。本方案整合了一些关键性能指标(kpi)，这些指标对应相应的通信特性，包括vip级别、内容属性以及sla配置和端到端的qos等，它们都数以数量化的形式与内容进行匹配。这些网络服务类参数能够促进优化网络资源配置，尤其是对于多媒体数据的传播。所述的环境类参数包括自然环境、文化氛围、社会环境和系统运行环境等，因为这些指标不能被量化，所以本方案通过它们的关键字符来表示，可以很容易的通过精确语义被识别。与环境参数类相同，用户特征类参数也可以利用一些对应用层有意义的字符串来识别用户的状态。其中二进制整型、字符格式和其他字符串都可以直接被使用。图3为一个分层内容命名树(hcnt)的遍历过程，其中i_exp、m_st和b_g分别表示用户期望、精神状况和背景参数，rap、well良好、stu学生分别为它们对应的参数描述；vip_l(6)、sla_c(8)和ete_q(af0)分别代表vip级别、sla配置和端到端的qos参数及其量化值；n_env(tro)、c_sta(vid)/s_sit(dev)和r_sys(lux)分别为自然环境、文化氛围、社会环境和系统运行环境参数与其对应的字符描述。在发布传感数据之前，传感器需要依据树qoe/u.rap.well.stu/s.6.8.af0/n.tro.vid.lux生成数据内容的名字，在用户端，只接收匹配到的信息内容实体。在这个命名树例子中，所设计的命名规则提升了ms-wmsns端传感数据汇集的效率，传感器节点可以主动上传传感数据信息，而且应用端可以很容易的通过内容的名字发现可用的数据包。正因为这种数据与地址的解耦合，该基于qoe命名的网络优化方案可以使数据通过多条不同的路径被转发。即使当应用于ms-wmsns时该命名规则不能够直接决定数据的传输，但是它是一种优化应用设计的模型结构。为了提高数据的使用效率，应使用较高层的命名类型(即hcnt中靠上层的命名)，在越复杂的应用场景中，应该使用层数越多的hcnt机制。根据上述内容，本发明另外提供了一种无线多媒体传感网络中的数据传输方法，包括：数据内容命名步骤：分别在传感器节点和移动汇聚节点用qoe参数来代表各类事件对网络资源的qoe需求，将qoe需求作为数据内容的名称；缓存及转发步骤：移动汇聚节点临时缓存传感器节点上传的数据内容，当新接收的数据内容的名称和缓存内的名称相同时，丢弃新接收的数据内容，且只有用户端需要的数据内容被发送至用户端。数据内容分为请求包和数据包，任何移动汇聚节点接收到请求包后不返回应答包，执行发送数据包以应答请求包、转发该请求包或者进行信息列队管理。数据内容命名步骤包括：分别在传感器节点和移动汇聚节点部署分层内容命名结构树，将数据内容分为用户特征、网络服务以及环境三个领域，每一领域下的参数用对应的字符表示。缓存及转发步骤包括：在网络节点中配置内容存储器、未处理推进表和信息转发表；新接收的数据内容到达网络节点的接口时，先在所述内容存储器中进行匹配，若没有匹配项，则直接发送，否则：新接收的数据内容在所述未处理推进表进行匹配，所述未处理推进表收集不同传感器节点广播的请求包，若有匹配项，则路由器根据未处理推进表中的qoe参数给用户端分配网络资源，将数据包以不同优先级传送给用户端，若没有匹配项，则在所述信息转发表进行匹配；若新接收的数据包在所述信息转发表中有匹配项，则转发请求包至网络节点的其他接口，若新接收的数据包在所述信息转发表中无匹配项，则丢弃。本发明方案采用网络演算(nc)模型来建立网络节点的数学模型，仿真测试了该方案网络性能和优化效果。所述的仿真测试在wmsn中随机生成了30个移动汇聚节点和1100个传感器节点，在800*800*10的三围区域内，记录了传感器节点与移动汇聚节点之间的连接情况(如图4所示)，以及信息传输的平均延时(如图5所示)。图4中的纵坐标表示传感器节点连接到移动汇聚节点所用的时间的倒数，因此0表示连接时间为无穷大，即为失联状况。横坐标表示传感器节点连接到的第i个移动汇聚节点，其中i在1至30之间。图中用“*”表示的点是没有使用qoe命名机制的基于ip连接的传统方案，而“o”点表示的点是使用本发明方案后的测试结果。由图可以看出，在纵轴为0的横坐标轴上“o”点分布明显少于“*”的点，说明本发明方案中传感器节点与移动汇聚节点的失联状况概率大大减小，具有较好的网络连接稳定性。图5中纵坐标为每个传感器节点与移动汇聚节点的之间信息的平均传输时延，横坐标表示连接到的第i个移动汇聚节点，其中i在1到30之间。实线为传统方案中的信息传输延时，而虚线为本发明方案的基于qoe参数命名后的网络模型信息传输曲线，由此可见虚线延迟时间明显低于实线所表示的延迟时间。故而，本方案很好地提升了信息传输效率，降低了平均通信时延。综上可以得出结论，本发明方案很好地减少了wmsn中传感器节点的失联概率，增强了网络的稳定性。其次采用的qoe命名机制使得网络上层很容易匹配到需要的信息内容，减少了端到端信息传输时间，展现出了良好网络传输性能，在具有ms的wmsn的环境下具有更优良的适用性。本发明方法提出的一种基于qoe命名内容的数据传输方法和系统，通过传感节点和移动汇聚节点分别对数据内容进行命名，路由器根据所命名的名称识别qoe需求，最后有选择性决定数据是丢弃、缓存还是转发。该机制能够用于收集分布式的传感数据以及实时实地的重新处理部分传感数据。该方法具有较低的数据冗余，并且每个服务节点可以独立的进行数据处理和重传；在ms-wmsns建立分层内容命名结构树(hcnt)的方案，该hcnt包含环境、用户特征和网络特征三个主体，由传感节点和汇聚节点根据场景实时生成和维护。hcnt为wmsns中数据内容提供了统一的命名规范，每个移动汇聚节点可以通过hcnt为不同的传感数据动态的分配可用网络资源，同时每个用户也可以根据自己的qoe需求定义发送请求数据包的格式；基于上述命名树对wmsns进行组网，由于wmsns中多媒体信息对传输信息的及时性和端到端的连接效率要求较高，所以本方案采用网络演算方法建立数学模型验证了本方案减少了网络中节点的失联概率和信息传输时延，从而提升了整个网络的性能。本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统及其各个装置、模块、单元以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的系统及其各项装置、模块、单元可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置、模块、单元也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置、模块、单元视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。当前第1页12当前第1页12