無線傳感器網(wǎng)絡MAC層時間調(diào)度機制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是伴隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)以及嵌入式計算機技術(shù)的快速發(fā)展而產(chǎn)生的，它是由許多低成本、具有感知、通信和計算能力的微型傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成。節(jié)點之間可以通過無線自組織通信方式構(gòu)成網(wǎng)絡系統(tǒng)，節(jié)點搭載的各種傳感器能夠?qū)崟r感知節(jié)點分布區(qū)域內(nèi)的環(huán)境或是各種監(jiān)測對象信息，實現(xiàn)智能處理并把信息回傳給用戶。作為無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議棧重要基礎架構(gòu)的介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control，簡稱MAC)協(xié)議負責為網(wǎng)

2、絡節(jié)點分配無線信道資源，決定著網(wǎng)絡中無線信道的使用方式，直接影響到節(jié)點能量的使用及網(wǎng)絡的整體性能。由于無線傳感器網(wǎng)絡的自身特點及其限制，傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡中基于競爭的MAC協(xié)議，載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議發(fā)生沖突的概率很高會造成大量重傳及無效的數(shù)據(jù)幀，引起節(jié)點能量的浪費，而基于固定分配機制的協(xié)議雖然達到了一定高效、公平的信道接入，但是FDMA和CDMA相關設備成本很高，實現(xiàn)復雜，TDMA對網(wǎng)絡中節(jié)點的時鐘同步要求很高。針對上述問題，本文基于對現(xiàn)有M

3、AC協(xié)議分析的基礎上，提出了一種基于Quorum System的MAC層協(xié)議改進機制ADC(Adaptive Adjustment of Duty Cycle，簡稱ADC)，ADC機制通過增加相應的算法改進時間調(diào)度可以保證網(wǎng)絡在時鐘同步和異步的環(huán)境下都有較好的性能，并給出了理論分析和實驗結(jié)果。本文研究內(nèi)容如下：
　　 (1)深入分析了無限傳感器網(wǎng)絡的特點，把現(xiàn)有的MAC協(xié)議做了一個分類，主要有基于競爭的、基于調(diào)度的和混合的MAC

4、協(xié)議，并在計算能力、存儲能力、延時和應用范圍等方面對協(xié)議做了比較。
　　 (2)在對MAC協(xié)議深入分析的基礎上，提出了一種可以提高無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議性能的ADC時間調(diào)度機制，該機制基于Quorum System設計，可以提高無線信道的利用率以及增加每個節(jié)點接入無線信道的公平性，并且可以保證任何一對鄰居節(jié)點即使在網(wǎng)絡時鐘異步的情況下至少有一個相同的活動時隙。
　　 (3)通過理論推導分析了ADC機制的特性，并通過實際