S-MAC協(xié)議在CC1010上的改進(jìn)及實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種大規(guī)模、自組織、多跳、無(wú)基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，由大量具備傳感、處理、存儲(chǔ)、通信能力的節(jié)點(diǎn)組成。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應(yīng)用于軍事、工業(yè)控制、智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理等諸多領(lǐng)域。
　　無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，節(jié)點(diǎn)一般采用電池供電，能量極其有限，要求節(jié)點(diǎn)具有較高的能量效率，需要采用低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)。節(jié)點(diǎn)的低功耗設(shè)計(jì)可以從硬件和軟件兩個(gè)方面考慮：硬件設(shè)計(jì)需要考慮芯片的能耗參數(shù)，如芯片的工作電壓、時(shí)鐘頻率、工作模式等，以及對(duì)電路

2、設(shè)計(jì)的優(yōu)化，盡量減少非工作模塊的能量消耗；軟件設(shè)計(jì)需要綜合考慮各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議、路由協(xié)議、傳輸協(xié)議等。介質(zhì)訪問(wèn)控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議用于控制節(jié)點(diǎn)公平有效的共享有限的無(wú)線信道資源，對(duì)節(jié)點(diǎn)的性能有很大的影響。同時(shí)，MAC協(xié)議可通過(guò)控制無(wú)線收發(fā)機(jī)在不同工作模式下切換，減少節(jié)點(diǎn)空閑偵聽(tīng)?zhēng)?lái)的能耗，對(duì)整個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)低功耗具有重要的意義。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已提出多種節(jié)能的MAC協(xié)議，其

3、中S-MAC協(xié)議是專門(mén)針對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一種低功耗MAC協(xié)議。
　　本文的主要任務(wù)一是設(shè)計(jì)出低功耗的傳感器硬件平臺(tái)；二是對(duì)S-MAC協(xié)議進(jìn)行分析和改進(jìn)，并最終在傳感器節(jié)點(diǎn)上實(shí)現(xiàn)。本文首先完成了傳感器節(jié)點(diǎn)CC1010各模塊的設(shè)計(jì)，包括處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊、電源模塊、外圍模塊以及傳感器驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。然后對(duì)S-MAC協(xié)議的原理、載波偵聽(tīng)機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸模型進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)同步機(jī)制、自適應(yīng)偵聽(tīng)機(jī)制、回退算法等方面作出改

4、進(jìn)，為了進(jìn)一步提高能量效率，本文在S-MAC協(xié)議基礎(chǔ)上增加了功率控制功能。最后在CC1010節(jié)點(diǎn)上完成了S-MAC協(xié)議的實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)的功能包括本地調(diào)度的建立、調(diào)度方式的全局同步、調(diào)度表和鄰居表的維護(hù)和更新、數(shù)據(jù)收發(fā)等，并設(shè)計(jì)了多個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)改進(jìn)的S-MAC協(xié)議和CC1010系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明：S-MAC協(xié)議功能正常，改進(jìn)的S-MAC協(xié)議能量效率大幅提高，節(jié)點(diǎn)平均壽命至少延長(zhǎng)一倍；CC1010系統(tǒng)工作穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)性能良好，符合低功耗設(shè)計(jì)要