在无线多媒体网络领域,无线多媒体传感器网络(WMSNs:Wireless Multimedia Sensor Networks)和无线多媒体网状网(WMMNs:Wireless Multimedia Mesh Networks)近年来在学术界引起广泛关注。一方面,WMSNs具有广阔的应用前景,另一方面,WMMNs成为移动互联网的重要组成部分。然而,有限的网络资源、动态变化的信道特性和可扩展的网络规模等因素使得实时多媒体通信和QoS保障面临诸多挑战。本文旨在研究WMSNs和WMMNs中QoS通信协议。首先深入分析和理解典型通信协议支持多媒体应用时存在的性能瓶颈,在此基础上有针对性地从几个方面提出新的通信协议,包括研究QoS感知和低代价的自适应机会路由协议、利用网络编码设计多媒体特征感知和速率自适应通信协议、同时探讨面向多媒体应用的云辅助和跨层协作网络体系结构。WMSNs领域的主要创新工作包括：1.提出QoS感知多汇聚点机会路由协议(QMOR),在满足QOS需求的基础上实现能量高效的多媒体数据投递。分析并构建多汇聚点网络环境下基于差分编码的冗余视频数据压缩问题,通过选择合适的中继节点提高视频压缩效率以节约能耗和带宽。深入研究QOS感知的转发列表选择和优先级分配问题,包括数据传输能耗估计、转发优先级分配、实时性和可靠性约束保证等几个方面。实验结果表明,QMOR在视频传输质量和能力有效性等关键指标上优于目前典型的WMSNs路由协议。2.提出有损无线链路环境下低代价低复杂度机会路由协议(L20R),在显著减少节点计算开销的同时实现能量的高效利用。分析有损链路环境下转发列表选择同总体期望代价之间的内在关联,构建传输代价量化模型；针对中继节点选择过程中存在的不确定性问题,提出贪婪中继节点选取策略；针对中继节点优先级分配存在的高计算复杂性问题,提出近似排序机制以简化计算；将贪婪选取策略和近似排序机制相结合,设计启发式转发列表选择算法。理论分析和仿真实验结果表明,其在通信性能和能量效率上均优于典型的能量感知机会路由协议。3.提出云辅助的复杂事件监测体系(C2EM),在有效缓解传感器节点计算能力和存储空间瓶颈的同时提供可靠且稳定的监测服务。将网络体系划分为感知层、多媒体应用层、(本地)微云层和(远端)云层。各层之间相互协作,兼顾云链接可靠性、服务响应时间、事件覆盖效率以及能量使用效率。与传统基于传感器网络的监测系统不同,大部分的计算(任务)被迁移到微云层和云层,传感器节点只需要执行简单的操作。实验结果表明C2EM具有高可用性和适应性。WMMNs领域的主要创新工作包括：4.提出基于网络编码的机会转发协议(NCOF),以提高WMMNs资源利用率和数据通信性能。设计基于非对称组合的编码方法,提高视频数据交换收益；设计编码收益感知的机会转发策略,在减少冲突概率的同时提高吞吐量。在深入分析无线视频通信流特性的基础上,提出流量感知的数据包调度算法,与网络编码体系协同工作,有效减少编码机会流失。仿真实验结果表明,NCOF可以显著提高资源利用率,改善实时视频播放质量。5.提出基于网络编码的多速率无线网络QoS广播协议,在满足QoS需求的基础上最大化吞吐量。构建多速率编码图模型用于描述编码决策,在此基础上建立了最优广播调度问题的整数线性规划模型。研究基于团(clique)的启发式算法以获得次优解,采用概率保证的方法限制编码图的规模,在不影响通信性能的前提下实现计算复杂度的可控；通过限定团搜索规模确定参与编码的数据,实现计算复杂度的可调。实验结果在证明其灵活性和可用性的同时,为复杂网络环境下基于速率选择的编码算法设计提供了有力的依据。6.提出跨层优化视频流控制协议(COCP),实现对无效网络流量有效控制,同时提高关键视频帧的传输可靠性。在网络层增加了独立的COCP子层,将应用层、传输层的视频参数信息映射至该层。在视频传输过程中,COCP根据视频投递状况进行分布式视频流控制。研究基于GOP的路径探测机制以保证高优先级视频数据的可靠投递。该协议具有较高的灵活性和实用性,可以同大多数路由协议协同工作。仿真结果表明COCP可以显著改善实时视频通信性能,并能够适应实时性需求的变化。希望本文的研究成果能为未来多媒体物联网的研究和设计提供新的思路。