無線傳感器網(wǎng)絡MAC層節(jié)能機制研究.pdf

1、作為一項正在迅速發(fā)展的技術，無線傳感器網(wǎng)絡（WSNs，Wireless Sensor Networks）技術已經得到了廣泛的應用并且成了信息技術領域的研究熱點之一。在WSNs的設計中，通常要考慮其節(jié)能性、延遲性、服務質量、容錯性和擴展性等因素。由于無線傳感器節(jié)點硬件和能量的限制，與其網(wǎng)絡生存期密切相關的節(jié)能性顯得尤為重要。研究者們設計了各種節(jié)能機制來延長WSNs的生存期。其中就包含各種網(wǎng)絡層以及介質訪問控制（MAC）子層的節(jié)能機制。而本

2、文的研究對象正是MAC子層的節(jié)能機制。主要研究工作如下：
　　 首先，對WSNs的能耗和其中的節(jié)能機制進行研究。在WSNs中無線傳感器節(jié)點的收發(fā)器消耗了WSNs的絕大部分能量。因此研究如何減少收發(fā)器的能耗對于節(jié)省整個WSNs的能量并延長網(wǎng)絡生存期具有重要意義。本文對WSNs中網(wǎng)絡層和MAC層的一些協(xié)議進行了細致的分析。通過對網(wǎng)絡層協(xié)議的研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡層協(xié)議的節(jié)能措施主要有：減少單跳的傳輸距離，減少總的跳數(shù),對傳輸中的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)

3、聚集等。而通過對MAC層協(xié)議的研究發(fā)現(xiàn)，MAC層協(xié)議的節(jié)能措施主要有：降低數(shù)據(jù)發(fā)送沖突的幾率，采取周期性喚醒/休眠的調度機制，采用前導抽樣技術減少空閑監(jiān)聽等。
　　 接著，對休眠/喚醒調度周期同步的S-MAC（Sensor MAC,S-MAC）和休眠/喚醒調度周期異步的DPS-MAC（DuAlPreamble Sampling MAC,DPS-MAC）進行研究。在分析比較二者的節(jié)能性和延遲性之后發(fā)現(xiàn)，雖然S-MAC調度周期同步機

4、制帶來了額外的同步開銷，但是該機制有效地避免了DPS-MAC中短頻閃前導帶來的能耗；而DPS-MAC檢測信道的方式是利用RSSI的值對信道進行兩次抽樣（即所謂的雙前導抽樣）來判斷信道是否被占用，因此DPS-MAC中又不存在S-MAC每個調度周期開始時監(jiān)聽信道的能耗。在比較二者的優(yōu)點和缺點之后，本文展示了一種結合二者優(yōu)點的本地同步機制。經分析發(fā)現(xiàn)，這種本地同步機制比前二者更加節(jié)能。
　　 最后，基于網(wǎng)絡仿真平臺NS2（Networ