面向能耗均衡的低占空比MAC協(xié)議研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，無(wú)線傳感器技術(shù)的發(fā)展迅猛，其在國(guó)防軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制、市政監(jiān)控等方面被廣泛應(yīng)用。但是，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的電池電量是限制無(wú)線傳感器工作時(shí)長(zhǎng)的一個(gè)重要瓶頸。因此，設(shè)計(jì)一種協(xié)議來(lái)優(yōu)化無(wú)線傳感器的能量消耗是一件非常重要的工作。同時(shí)，由于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的工作環(huán)境惡劣，節(jié)點(diǎn)一旦失效，網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量減少，網(wǎng)絡(luò)的衰變時(shí)間就縮短，從而影響整個(gè)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。所以，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的失效速率，衰變時(shí)間也是很重要的。
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2、ch協(xié)議也是一種基于TDMA的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，Leach協(xié)議通過(guò)選擇每次網(wǎng)絡(luò)傳輸中的簇頭，使網(wǎng)絡(luò)中的簇頭不斷變化，從而使網(wǎng)絡(luò)中傳輸路徑不斷變化，改變了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)，由于傳輸路徑固定而導(dǎo)致的傳輸數(shù)據(jù)負(fù)載不平衡。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載相較之前要更加均衡，所以網(wǎng)絡(luò)的衰變率會(huì)減緩，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)失效速率下降，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時(shí)間得到延長(zhǎng)。
　　低占空比協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)周期性休眠，降低沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的空閑能量消耗的

3、協(xié)議。目前針對(duì)低占空比協(xié)議的研究集中在“預(yù)言包”低占空比協(xié)議和TDMA低占空比協(xié)議兩方面。但是，由于沒(méi)有合適的節(jié)點(diǎn)能量損耗均衡方法，目前的研究中都沒(méi)有如Leach協(xié)議中針對(duì)節(jié)點(diǎn)的能量均衡的一種低占空比協(xié)議。本文提出的TDL-MAC協(xié)議解決了這個(gè)問(wèn)題(TDMA based Distributed Low DeathRate-Medium Access Control)。
　　本文研究了一種MAC層的控制無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗的協(xié)議低占空

4、比協(xié)議，并與傳統(tǒng)的MAC層低占空比進(jìn)行比較。針對(duì)目前研究中，已經(jīng)在低占空比協(xié)議中提出的L-MAC不能控制節(jié)點(diǎn)能耗均衡的問(wèn)題，借鑒Leach協(xié)議節(jié)點(diǎn)能量均衡的思想，提出了一種新的節(jié)點(diǎn)能量損耗均衡的協(xié)議。在L-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上對(duì)能量消耗也進(jìn)行了優(yōu)化，對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送碰撞避免算法進(jìn)行了優(yōu)化。
　　其中能量損耗均衡的實(shí)現(xiàn)方式，是在路由層，節(jié)點(diǎn)發(fā)送路徑的選擇上，讓節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的剩余能量進(jìn)行發(fā)送路徑上的節(jié)點(diǎn)選擇，避免發(fā)送途經(jīng)的能量過(guò)低節(jié)點(diǎn)承擔(dān)

5、過(guò)多的發(fā)送任務(wù);碰撞避免算法，是通過(guò)使節(jié)點(diǎn)記錄兩跳鄰居占用的時(shí)隙，避免了兩跳鄰居發(fā)送向同一個(gè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)碰撞，從而可以有效提高一次性傳輸?shù)某晒β?對(duì)能耗的優(yōu)化，則是通過(guò)讓節(jié)點(diǎn)在發(fā)送的TDMA控制包中，加入目標(biāo)地址，避免因?yàn)榻邮展?jié)點(diǎn)接收多余的數(shù)據(jù)包并丟棄消耗的能量。
　　仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明TDL-MAC協(xié)議能有效減緩節(jié)點(diǎn)失效速度，同時(shí)降低節(jié)點(diǎn)能耗。相較同樣基于TDMA的低占空比L-MAC協(xié)議，文中提出的協(xié)議增加的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間延遲也是可以容