面向物联网应用的无线传感器网络节能MAC协议的研究

【摘要】：随着物联网的发展，人们对其关键技术无线传感器网络的性能要求会越来越高。不只是需要满足网络的可靠性能，同时对于网络的生存寿命也提出了更高要求。影响网络生存寿命的一个关键因素是网络能量受限，因此节能成为了无线传感器网络通信协议设计需要重点考虑的问题。 在深入研究了无线传感器网络数据链路层现已存在的MAC协议基础上，本文考虑到传感器节点感知数据存在一定的可靠性和空间相关性，以及在实际的应用环境中传感器网络任务负载总是不断变化这些特点，由此设计出两种新的节能的MAC协议，对延长无线传感器网络寿命具有重要意义。 第一种：基于感知数据可靠性与空间相关性节能MAC协议。该协议建立一个圆环状空间相关性模型，推出了在此模型基础上失真度与节点选择的关系；根据节点采集数据的可靠性，对传感器节点进行了选择，可靠性高的节点在信道竞争时赋予更高的传输优先级，同时抑制不可靠性节点数据的传输；为了避免数据碰撞采用了新的退避方法，确保网络数据的可靠性和有效性。 第二种：适用于网络负载突变节能MAC协议。该协议考虑了传感器节点的数据具有冗余性问题，对不同等级的节点采取不同调度方法，并根据网络负载的突变，动态调整节点的侦听和休眠时间，解决了网络能耗与延时之间的不公平问题，能够更好的满足网络的复杂变化环境。 在Linux系统下，采用NS2模拟工具对两种新的节能MAC协议进行仿真。通过从网络的能耗、时间延时、吞吐量等方面的对比分析，可以看出两种新的节能MAC协议在无线传感器网络应用中表现出更优越的性能，在节能方面尤为突出。 【关键词】：物联网 WSN 节能MAC协议 感知数据可靠性 负载突变 NS2
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 论文研究背景9-10
• 1.2 国内外的研究现状10-11
• 1.3 论文主要工作11-12
• 1.4 论文的内容结构12-13
• 第二章 无线传感器网络相关技术研究13-25
• 2.1 无线传感器网络的体系结构13-16
• 2.1.1 无线传感器网络系统架构13-14
• 2.1.2 无线传感器的节点构成14-15
• 2.1.3 无线传感器网络的通信协议15-16
• 2.2 无线传感器网络特性16-19
• 2.2.1 与无线自组织网络的差别16-17
• 2.2.2 传感器节点的不足17-18
• 2.2.3 无线传感器网络特点18-19
• 2.3 无线传感器网络的 MAC 协议19-20
• 2.3.1 MAC 协议设计需要考虑的特性19-20
• 2.3.2 无线传感器网络 MAC 协议的分类20
• 2.4 基于竞争的 MAC 协议20-22
• 2.5 基于固定分配的 MAC 协议22-23
• 2.6 两者混合的 MAC 协议23-24
• 2.7 本章小结24-25
• 第三章 感知数据可靠性与空间相关性节能 MAC 协议25-35
• 3.1 相关工作25-26
• 3.2 新模型的建立与理论分析26-30
• 3.2.1 建立新模型的必要性26
• 3.2.2 新模型的建立以及相关理论分析26-27
• 3.2.3 节点的处理方法与理论分析27-30
• 3.3 信道分配策略的设计30-32
• 3.3.1 可靠性节点筛选方法30-31
• 3.3.2 系统优化参量的确定31-32
• 3.4 冲突避免方法的设计32-33
• 3.5 New-MAC 协议核心思想分析33
• 3.6 本章小结33-35
• 第四章 适用于网络负载突变节能 MAC 协议35-43
• 4.1 相关的工作35-36
• 4.2 S-MAC 协议的优点和缺点36
• 4.3 节点分类的设计36-39
• 4.3.1 节点分类方法37-38
• 4.3.2 同步时间与节点的处理38-39
• 4.4 新的节能 MAC 协议设计39-42
• 4.4.1 相关概念的定义39
• 4.4.2 动态调整侦听和休眠时间39-40
• 4.4.3 新协议改进策略分析40-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第五章 两种新的节能 MAC 协议仿真与性能分析43-52
• 5.1 网络模拟工具 NS23543-44
• 5.1.1 NS2 的描叙43
• 5.1.2 NS2 中新协议的添加43-44
• 5.1.3 NS2 模拟的简单流程44
• 5.2 感知数据可靠性与空间相关性节能 MAC 协议仿真44-48
• 5.2.1 仿真网络拓扑44-45
• 5.2.2 网络仿真参数的设置45-46
• 5.2.3 仿真实验结果与分析46-48
• 5.3 适用于网络负载突变节能 MAC 协议仿真48-50
• 5.3.1 网络拓扑与模拟参数配置48
• 5.3.2 仿真实验结果与分析48-50
• 5.4 本章小结50-52
• 第六章 总结与展望52-54
• 6.1 工作总结52-53
• 6.2 工作与展望53-54
• 参考文献54-58
• 发表论文和科研情况说明58-59
• 致谢59-60

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