无线传感器网络MAC协议节能机制研究

【摘要】： 无线传感器网络是新一代的无线网络,具有非常广泛的应用前景。在无线传感器网络中,介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建传感器网络系统的底层基础结构,对传感器网络的性能有较大影响。传统无线网络的MAC协议无法满足无线传感器网络的设计要求,不能直接应用。因此,无线传感器网络MAC协议的研究一直是人们普遍关注的问题,具有非常重要的实际意义。 本文首先介绍了无线传感器网络的研究背景,分析了已有的MAC层协议以及MAC协议的设计原则,网络的主要能量消耗原因和性能指标。接着在S-MAC基础上设计了自适应的MAC协议,并对其进行了仿真实验。S-MAC是针对传感器网络的节能需求和自组织性而提出的,主要通过周期性休眠获得低占空比运行。但S-MAC的固定占空比模式下的周期性休眠增加了通信时延。本文设计了动态占空比调整机制,能够在网络流量突发时对节点的占空比及时做出调整,同时采用频繁休眠的策略,从而可以减小时延,提高网络的吞吐量;本文还给出了平均延迟时间的分析方法,用计算的平均延迟时间来影响占空比:针对控制开销问题,提出了减小控制帧长度的方法,从而节省了发送数据的时间。 本文在NS2网络模拟平台上对所设计的MAC协议进行了仿真实验,采用AWK程序处理的方法,完成对跟踪文件的数据抽取和对网络的两个主要性能指标(能量,时延)的统计分析。仿真结果表明,本文在改进S-MAC基础上设计的协议较之原S-MAC和IEEE 802.11 MAC协议,在能量节省、时延方面具有一定的性能改善,这对于无线网络通信的进一步研究具有重要的实用价值。 【关键词】：无线传感器网络 MAC协议 低能耗 低延时
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP393.08
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景9-16
• 1.1.1 无线传感器网络的研究内容9-13
• 1.1.2 无线传感器网络的研究现状13-16
• 1.2 问题的提出16-17
• 1.3 本文的工作及结构17-19
• 第二章 无线传感器网络概述19-31
• 2.1 引言19
• 2.2 无线传感器网络节点及其协议栈19-23
• 2.3 无线传感器网络的拓扑结构23-25
• 2.4 无线传感器网络的特点25-27
• 2.5 无线传感器网络的应用27-28
• 2.6 无线传感器网络 MAC协议的关键技术28-30
• 2.6.1 休眠机制29
• 2.6.2 冲突避免和退避机制29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 无线传感器网络MAC协议31-44
• 3.1 引言31-32
• 3.2 IEEE 802.11协议32-33
• 3.3 S-MAC协议33-36
• 3.4 T-MAC协议36-39
• 3.5 P-MAC协议39-41
• 3.6 A-MAC协议41-42
• 3.7 本章小结42-44
• 第四章 AD-MAC协议44-62
• 4.1 引言44
• 4.2 提出的方案44-52
• 4.2.1 时间表确定44-46
• 4.2.2 同步时间计算46-48
• 4.2.3 碰撞和串音避免48-50
• 4.2.4 控制开销减少50-51
• 4.2.5 平均延迟时间分析51-52
• 4.3 仿真实验52-61
• 4.3.1 NS2简介52-56
• 4.3.2 实验结果分析56-61
• 4.4 本章小结61-62
• 第五章 结论62-63
• 参考文献63-66
• 在学研究成果66-67
• 致谢67

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