无线传感器网络节能MAC协议研究

【摘要】： 无线传感器网络有着广阔的应用前景和重大的应用价值,已经引起军方、工业界和学术界的高度关注。其可谓是信息感知和采集技术的一场革命,是21世纪最重要的技术之一。介质访问控制(Medium Access Control, MAC)是无线传感器网络协议体系中的五层协议中的数据链路层的一部分,它位于物理层之上、路由层之下,主要负责介质接入控制和建立节点之间可靠的通信链路,决定了无线传感器网络的无线信道的使用方式。它在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,以确保各相邻节点能够共享信道,同时减少或避免冲突,以提高能效和吞吐量,用来构建传感器网络系统的底层基础结构。因此处于传感器网络底层部分的MAC协议对传感网络影响较大,它是保证无线传感器网络高效通信的关键。 本文以无线传感器网络MAC层的高效节能以及网络效率性为主题,论文的主要贡献如下: 1.基于队列流量的动态自适应协调竞争窗口的MAC协议。在SMAC(Sensor MAC)协议中竞争窗口是固定,当流量的大小变化时,就很容易会引起节点间的冲突。本文提出了一种能够自适应队列流量的竞争窗口修改的MAC协议,它是基于SMAC的使用三个门限值来修改参数,进而达到网络的高效能。 2.简化MAC层通信的机制。SMAC协议是周期性侦听/睡眠,并使用RTS/CTS竞争信道,并且需要维护时间同步周期。尽管SMAC能够减少能量消耗,但是其复杂的协议内容仍然会造成很多问题。与之相对应,本文提出一种较为简单的节能MAC协议,它能消减不必要的控制包的消耗。 3.基于接收端(Receiver)为中心的短前导(preamble sampling)的MAC协议。低能量侦听(LPL)的MAC协议一般都采用长前导,本文另辟途径采用以Receiver为中心短前导机制,在解决冲突以及调度上都做了修改。 【关键词】：无线传感器网络 介质访问控制 节能 队列流量 短前导 控制包
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 图目录9-10
• 第一章 绪论10-14
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.2 面临的问题和挑战11-12
• 1.3 论文研究内容与组织结构12-14
• 1.3.1 论文内容与贡献12
• 1.3.2 论文组织结构12-14
• 第二章 无线传感器网络体系结构概述14-24
• 2.1 无线传感器网络体系结构14-17
• 2.1.1 传感器节点14
• 2.1.2 传感器网络结构14-16
• 2.1.3 传感器网络协议栈16-17
• 2.2 无线传感器网络的特点17-20
• 2.3 无线传感器网络的应用20-24
• 第三章 无线传感器MAC 层协议研究进展24-34
• 3.1 概述24
• 3.2 MAC 协议的特点与目标24-27
• 3.2.1 MAC 协议的特点24-25
• 3.2.2 MAC 协议的设计目标25-27
• 3.3 MAC 协议经典的实例27-32
• 3.3.1 基于CSMA 的方式27-31
• 3.3.2 基于TDMA 方式31
• 3.3.3 混合型31-32
• 3.4 小结32-34
• 第四章 基于流量队列的动态自适应协调窗口的MAC 协议34-46
• 4.1 引言34
• 4.2 相关工作34-36
• 4.3 CWQ-SMAC 协议36-40
• 4.3.1 简述SMAC 机制36
• 4.3.2 BEB 在802.11 中的特点36-37
• 4.3.3 CWQ-SMAC 主体协议37-40
• 4.4 实验模拟和分析40-43
• 4.4.1 网络拓扑40
• 4.4.2 参数设置40-42
• 4.4.3 试验结果和分析42-43
• 4.5 结论43-46
• 第五章 一种简化MAC 层通信的机制46-54
• 5.1 引言46-47
• 5.2 相关工作47
• 5.3 N-MAC 协议47-50
• 5.3.1 DATA/N-ACK 机制47-48
• 5.3.2 调度和同步机制48-49
• 5.3.3 睡眠机制49-50
• 5.4 实验模拟和分析50-53
• 5.4.1 网络拓扑和参数设置51
• 5.4.2 实验结果和分析51-53
• 5.5 结论53-54
• 第六章 基于Receiver 为中心的高效MAC 协议54-64
• 6.1 引言54-55
• 6.2 相关工作55
• 6.3 RS-MAC 协议55-59
• 6.3.1 RS-MAC 使用接收端为中心的方式56-57
• 6.3.2 竞争信道与冲突避免57
• 6.3.3 睡眠调度57-58
• 6.3.4 消除长前导58-59
• 6.3.5 延迟的改进59
• 6.4 实验模拟和分析59-62
• 6.4.1 实验参数59-60
• 6.4.2 实验结果和分析60-62
• 6.5 结论62-64
• 第七章 总结与展望64-66
• 7.1 总结64
• 7.2 进一步的工作展望64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70-72
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果72

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