• کنترل فرآیندهای صنعتی.

محتویات چندرسانه‌ای همچون تصویر، دما و یا فشار، می‌توانند برای کنترل فرآیندهای بلادرنگ صنعتی مورد استفاده قرار گیرند. برای مثال در کنترل کیفیت فرایند تولید، می‌توان از شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم برای یافتن ایرادها و نواقص محصولات نهایی، استفاده کرد. علاوه بر این، در خطوط تولید سیستم‌های بینایی ماشین می‌توانند جهت و موقعیت قطعات را تشخیص داده و روبات‌ها با بهره گرفتن از این اطلاعات قطعات را بدون مشکل بردارند. ترکیب بینایی ماشین و شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم می‌تواند موجب ساده شدن و انعطاف­پذیری سیستم‌های بازرسی تصویری، که نیاز به سرعت بالا، بزرگنمایی زیاد و عملیات پیوسته دارند، شود.]۳۸[

همان‌طور که در ]۱[ مشاهده می‌شود، شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم افق سیستم‌های نظارتی را بر اساس موارد ذیل گسترش خواهد داد:

• گسترش دید^[۵۹]. ^[۶۰]FoV یک دوربین ثابت ساده، یا FoR^[61] یک دوربین ^[۶۲]PTZ محدود است. در عوض با بهره گرفتن از چندین دوربین و حسگر، می‌توان نقاط مختلف را تحت پوشش قرار داده و دید کامل‌تر و صحیح‌تری از محیط بدست آوریم.

• افزایش دید^[۶۳]. تکراری که در نتیجه تعدد دوربین‌ها و تلاقی نقاط تحت پوشش توسط آن‌ها ایجاد می‌شود، می‌تواند موجب افزایش درک از محیط شود. دوربین‌هایی که با یکدیگر تلاقی دارند می‌توانند دیدهای مختلفی از یک منطقه یا هدف ارائه دهند، درحالی‌که عملیات به هم پیوسته دوربین‌ها می‌تواند در رفع ابهام وضعیت‌های به هم ریخته و شلوغ کمک نماید.

• امکان داشتن دیدهایی با چندین وضوح تصویر. استفاده از چندین دوربین با وضوح تصویر متفاوت در یک نقطه، امکان داشتن تصاویر یک منطقه با چندین وضوح را مهیا می‌کند. یکی از کاربردهای این ویژگی، شناسایی افراد بر اساس ویژگی‌های چهره فرد می‌باشد.

فصل سوم:

شرایط محیطی مسئله
بسیاری از کاربردهای ذکر شده در فصل قبل نیاز به این دارد که شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم محتویات چندرسانه‌ایی خود را با یک حداقل کیفیت منتقل کند. در تحقیقات سنتی‌ای که بر روی شبکه حسگر بی‌سیم صورت می‌گرفت، مسائل مربوط به محدودیت انرژی در اولویت بالاتری نسبت به انتقال داده با یک سطح حداقل کیفیت، قرار داشت. از آنجا که ارضا کیفیت با پارامترهای تأخیر و jitter نسبت مستقیم دارد، بررسی این پارامترها موضوع اصلی تحقیقات نبود. چندین عامل اصلی وجود دارد که باعث می‌شود انتقال محتویات چندرسانه‌ای در شبکه‌های حسگر بسیار پیچیده­تر شود:

• محدودیت منابع. دستگاه‌های حسگر از لحاظ باتری، حافظه، ظرفیت پردازش و نرخ داده قابل دستیابی، دارای محدودیت است. در نتیجه استفاده بهینه از این منابع محدود امری حیاتی است.

• ظرفیت متغیر کانال. برخلاف شبکه سیمی که فرض می‌شود ظرفیت هر کانال ثابت و از پیش تعیین شده است، در شبکه‌های چند-گامه بی‌سیم، این ظرفیت بستگی به سطح دریافت گیرنده دارد. ظرفیت و تأخیر موجود در هر پیوند به مکان، پیوستگی متفاوت که ممکن است در طبیعت به صورت انفجاری اتفاق افتد، بستگی دارد و در نتیجه فراهم نمودن کیفیت خدمات را امری پر مخاطره می کند.

• جفت کردن عملیات بین لایه­ای. در شبکه‌های بی‌سیم چند-گامه وابستگی محکمی بین توابع مختلف در لایه­ های پشته ارتباطی وجود دارد. این وابستگی به دلیل طبیعت یکسان کانال ارتباطی بی‌سیم است. در نتیجه زمانی که به یک راه‌حل بهینه برای فراهم نمودن کیفیت خدمات فکر می‌کنیم نباید با این توابع به صورت جداگانه رفتار کنیم.

• پردازش درون شبکه­ ای چندرسانه‌ای. پردازش محتویات چندرسانه‌ای معمولاً مسئله­ای جدای از مسئله‌ی طراحی شبکه شناخته می‌شود، ولی در بعضی حالات همچون کد کردن کانال‌هایی با منابع به هم پیوسته^[۶۴] و جریان‌سازی سازگار با کانال^[۶۵] ]۲[، این موضوع استثنا می‌باشد. در شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم الگوریتم‌های پردازش درون شبکه­ ای چندرسانه‌ای بر روی داده ­های خام صورت می‌گیرد.

برای طراحی مؤثر و انعطاف­پذیر شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم باید درک کاملی از محدودیت انرژی ارتباطات بی‌سیم داشته و از تکنیک‌های پیشرفته پردازش چندرسانه‌ای در فرایند ارتباط استفاده نمود. مسئله‌ی حیاتی دیگر، طراحی نرم­افزارها و معماری سیستم‌های قابل انعطافی است که توانایی پذیرش درخواست‌ها مبنی بر سرویس‌های مورد نیاز را داشته باشند.

فاکتورهای تأثیرگذار بر روی طراحی شبکه ­های حسگر چندرسانه‌ای

شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم از طریق ترکیب و استفاده از پردازش سیگنال و شاخه­ های متعددی از تئوری کنترل و محاسبه توکار^[۶۶] میسر خواهد شد. این تحقیق بین رشته­ای سیستم توزیع­شده­ای از دستگاه­های ناهمگون توکاری را که قادر به حس کردن، تعامل و کنترل فیزیکی محیطی می­باشند، نتیجه می‌دهد. فاکتورهای متعددی وجود دارد که بر طراحی شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم تأثیرگذارند:

• نیازمندی‌های کیفیت خدمات مشخص شده توسط کاربرد^[۶۷]

تنوع بسیار زیاد کاربردهای شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم، نیازهای متفاوتی را به همراه دارد. علاوه بر حالت‌های انتقال داده در شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم، داده ­های چندرسانه‌ای شامل تصویر لحظه‌ای^[۶۸] و جریان‌سازی محتویات چندرسانه‌ای می‌شود. از همین­رو، زیرساخت محکمی از سخت‌افزارها و الگوریتم‌های سطح بالا برای پشتیبانی از انتقال کیفیت خدمات و رفع نیازهای تعیین­شده توسط کاربردها، مورد نیاز است.

• نیاز به پهنای باند زیاد.

محتویات چندرسانه‌ای، بخصوص جریان ویدئو، نیاز به پهنای باند بیشتری در مقایسه با شبکه‌های حسگر بی‌سیم موجود، دارند. در نتیجه نرخ داده بالا و مصرف توان کم توسط حسگرهای چندرسانه‌ای بی­سیم مورد نیاز است.

• تکنیک­های کدگذاری چندرسانه‌ای در منبع.

داده ­های خام چندرسانه‌ای، برای انتقال نیاز به پهنای باند بیشتری دارند. تکنیک­های سنتی کدگذاری ویدئو که برای ارتباطات بی­سیم و سیمی استفاده می­شد. بر اساس ایده کم­کردن نرخ تولیدشده توسط منبع، استوار است. برای رسیدن به این هدف، کدگذارها از تکنیک‌های فشرده­سازی intra-frame، برای حذف تکرار در میان فریم­های متوالی، استفاده می­کردند. از آنجا که predictive encoding، نیازمند کدگذار، الگوریتم­های قوی پردازش و درنتیجه مصرف توان زیاد، می­باشند، برای حسگرهای کم­هزینه چندرسانه‌ای مناسب نیستند. البته در ]۳[ نشان داده شده است که می­توان در چارچوب­هایی با نام distributed source coding، توازن کدگذار پیچیده و کدگشا ساده را برعکس کرد.

• پردازش درون شبکه­ ای چندرسانه‌ای.

شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم اجازه اجرای الگوریتم­های پردازش درون شبکه­ ای چندرسانه‌ای بر روی داده‌های خام گرفته شده از محیط می­دهد. می­توان بر اساس شرایط، با بهره گرفتن از روش‌هایی جلوی انتقال داده ­های اضافی و غیرضروری را گرفت. بعنوان مثال، در برنامه ­های امنیتی ویدئو^[۶۹]، اطلاعات مربوط به صحنه­های غیرضروری می ­تواند در غالب یک عدد فشرده شده و یا حتی ارسال نگردد، در حالی که در برنامه ­های محیطی، تکنیک‌های فیلترکردن توزیع شده می ­تواند یک تصویر time-elapsed تولید کند]۴[. درنتیجه ضروری است که یک معماری مستقل از کاربرد به منظور انعطاف­پذیر ساختن پردازش درون‌شبکه‌ای محتویات چندرسانه‌ای جمع­آوری شده از محیط، توسعه داده شود.

• مصرف توان.

مصرف توان یکی از اساسی­ترین نگرانی­ها در شبکه‌های حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم می‌باشد (حتی بیشتر از شبکه‌های حسگر بی‌سیم). در حقیقت حسگرها، دستگاه­های محدود به باتری هستند، درحالی که کاربردهای چندرسانه‌ای میزان زیادی داده تولید می­ کند که نیاز به نرخ ارسال بالا و پردازش بیشتری است. مصرف توان غالب در شبکه حسگر بی‌سیم مربوط به کارهای ارتباطی می­باشد، ولی در مورد شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم این امر لزوماً صحیح نیست. در نتیجه طراحی الگوریتم­ها، پروتکل­ها و معماری‌هایی که منجر به بیشینه کردن طول عمر شبکه شوند، مسئله­ای مهم و بغرنج است.

• معماری انعطاف­پذیر برای پشتیبانی از کاربردهای ناهمگون.

معماری­های شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم باید از چندین کاربرد ناهمگون با نیازهای متفاوت پشتیبانی نمایند. ضروری است که معماری­ای انعطاف­پذیر توسعه داده شود که بتواند تمام نیازهای کاربردهای مختلف را در یک ساختار جای دهد.

• یکپارچه کردن با معماری اینترنت (IP).

برای تجاری کردن شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم، باید بتوان به سرویس­های ارائه شده بر روی آن از هر جای دنیا و در هر زمان دسترسی داشت. در نتیجه باید شبکه شبکه حسگر چندرسانه‌ای بی‌سیم پیاده­شده به اینترنت متصل بوده و بتوان از طریق اینترنت بدان دسترسی پیدا کرد. برای این امر نیاز است که این شبکه با معماری IP یکپارچه شود.
زانیگا^[۷۰] و همکارانش بر اساس مشخصات شبکه‌های حسگر بی‌سیم، احتمال شبکه ­های حسگر all-IP را غیرمحتمل می­دانند و پیشنهاد استفاده از دروازه­های سطح-کاربرد و یا شبکه ­های overlay IP، بعنوان بهترین دید برای یکپارچه­سازی شبکه حسگر بی‌سیم و اینترنت می­دانند ]۵[.

معماری شبکه