WMSNs图像传感器节点节能研究

胡延军，俞 啸，奚锦锦，刘丽虹

(中国矿业大学 信息与电气工程学院 物联网（感知矿山）研究中心，江苏 徐州 221008）

无线多媒体传感器网络WMSNs(Wireless Multimedia sensor Networks)，具有移动性强、放置灵活、传输比特率较低的特点[1],可以有效解决煤矿井下有线监控系统的问题。但是高能耗是目前制约WMSNs发展主要因素之一[2]。

目前的图像传感器节点中常用的图像编码算法有JPEG和JPEG200。卡耐基梅隆大学的研究人员开发了CMUcam系列视觉传感器，CMUcam3采用软件JPEG压缩并兼容 802.15.4接口[3]，具有一个 CIF分辨率(352×288)的RGB彩色传感器。这种常用的编码算法都在数据采集端按照奈奎斯特采样定理进行数据采集，造成了存储空间及节点能量的浪费。

近几年来，由 DONOHO D、CANDES E等人提出了编码简单、解码复杂的压缩感知理论[4]。本文利用压缩感知理论，并结合WMSNs节点的能耗分布特点，对“无线传输”和“信号处理”的能耗进行折中处理[5]，实现了降低节点能耗的目的。

1 能耗模型分析

通常WSNs节点的能量大部分消耗在无线数据收发过程中，分布呈“聚集”状态，可以忽略数据采集和处理能耗。而WMSNs节点因为要采集图像、音频、视频等大数据量的多媒体信息，大大增加了数据采集和处理的能耗，能耗分布呈 “均匀”状态。因此需要结合WMSNs节点的能耗分布特点，对“无线传输”和“信号处理”的能耗进行折中处理，以适用于WMSNs节点的图像压缩方法。如图1所示。

传感器节点的能耗模型包括传感器、处理器以及无线收发器的能耗模型。结合图1的节能点能耗分布和参考文献[6]可将节点能耗表示为：其中 Es为节点整体能耗，ESx为传感器能耗，ETx为无线通信能耗，Eact为处理器能耗，Eother为触发事件能耗。……