基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多信道MAC機(jī)制的研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量的傳感器節(jié)點組成，傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的數(shù)量上達(dá)成千上萬。傳感器節(jié)點主要通過無線通信方式組成多跳自組織網(wǎng)絡(luò)來完成對環(huán)境的監(jiān)視，控制和數(shù)據(jù)采集等任務(wù)。由于傳感器節(jié)點個數(shù)多，分布區(qū)域廣，部署環(huán)境嚴(yán)酷，攜帶電池能量有限，且更換電池困難，因此在不影響功能的前提下，高效的控制能耗，最大化網(wǎng)絡(luò)生命周期是WSN(無線傳感器網(wǎng)絡(luò))網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計面臨的主要問題。在WSN的運(yùn)行過程中，能耗主要來自處理單元，傳感單元，通信單元，其中通信單元的能耗

2、遠(yuǎn)高于其它單元。因此，降低能耗首先就要從通信單元入手，而MAC協(xié)議又直接控制著通信模塊，因此通信單元的能耗控制就主要是由媒體接入控制(Media Access Control，MAC)協(xié)議制約，研究MAC機(jī)制對于提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)性能有著直接的作用。
　　 近年來，作為新興起的IEEE802.15.4/ZigBee無線標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛地應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。在該協(xié)議的PHY層及ZigBee芯片都可以支持3個頻段和多達(dá)27個信道，但

3、是在MAC層卻還是只支持單信道，這一現(xiàn)狀表明ZigBee中物理層的多信道資源沒有得到合理的利用。再加上在面對單信道帶來的干擾，碰撞重傳等一些列問題的情況下，多信道MAC機(jī)制的提出變得越來越迫切和有價值。
　　 論文選擇新興起的IEEE802.15.4/ZigBee無線標(biāo)準(zhǔn)作為研究基礎(chǔ)，在這個協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上提出了多信道MAC機(jī)制。論文主要從信道分配和接入機(jī)制兩方面來對多信道MAC協(xié)議進(jìn)行研究和設(shè)計。首先在多信道分配中主要考慮現(xiàn)存的

4、信道干擾和隱終端等一系列問題，然后結(jié)合現(xiàn)有幾種典型的多信道分配算法提出了一種基于信道預(yù)留機(jī)制和優(yōu)先級的多信道分配方案。重點是詳細(xì)地設(shè)計了這種多信道的分配機(jī)制，論證分析這一分配機(jī)制能夠徹底解決單信道中的隱終端問題并且可以解決相鄰信道帶來的干擾問題。其次，在接入機(jī)制中先建立信道吞吐量，時延，丟包率等相關(guān)的數(shù)學(xué)模型，分析它們的影響因素，根據(jù)分析結(jié)果提出自適應(yīng)的接入機(jī)制。最后還設(shè)計了與該多信道方案相關(guān)的分簇的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，相關(guān)的信道分配的通信原語，