低能耗及低時延目標驅動的無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是集數(shù)據(jù)采集、處理和無線傳輸功能于一體的分布式、自組織綜合智能信息系統(tǒng),廣泛應用于軍事、環(huán)境、醫(yī)療、交通、農(nóng)業(yè)等領域。而資源嚴重受限、動態(tài)性強、規(guī)模龐大等特點,使得無線傳感器網(wǎng)絡的底層支撐MAC協(xié)議成為了目前的研究熱點。本文基于 SMAC協(xié)議,研究了低能耗的E2SMAC協(xié)議、低時延的混合型LH-MAC協(xié)議。
　　SMAC屬于無線傳感器網(wǎng)絡經(jīng)典的基于競爭的MAC協(xié)議,它首次提出的周期睡眠機制,極大地降低了網(wǎng)絡的能耗。但

2、SMAC包含的自適應偵聽機制在降低睡眠延遲的同時,引起了大量鄰居節(jié)點的空閑偵聽和竊聽,造成了嚴重的能量浪費。本文針對自適應偵聽機制存在的能耗問題提出了低能耗的E2SMAC,它利用串聽機制,僅使原鄰居區(qū)域內(nèi)的小部分節(jié)點喚醒激活,參與自適應偵聽。理論分析表明,在保證自適應偵聽功能的前提下平均可減少約60％的鄰居喚醒,有效延長了網(wǎng)絡的生存周期。
　　自適應偵聽機制雖然有效降低了網(wǎng)絡的睡眠延遲,但依然無法滿足諸如災害預警、醫(yī)療監(jiān)測等實時性

3、要求較高的應用場合。針對這種實時性需求,本文提出了基于CSMA/CA和TDMA混合機制的低時延LH-MAC協(xié)議。LH-MAC協(xié)議將時間軸劃分為連續(xù)的超幀結構,一個超幀由競爭期、非競爭期以及更新維護期組成。競爭期采用基于競爭的接入方式完成非競爭期的時隙預約,非競爭期則采用TDMA接入方式傳輸數(shù)據(jù)消息。這種提前競爭預約的工作方式,使得在TDMA時段,位于轉發(fā)路徑上的節(jié)點能夠依次先后喚醒,連續(xù)轉發(fā)數(shù)據(jù),消除了網(wǎng)絡的睡眠延遲累積。同時,為了提高