無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)能MAC技術(shù)研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由大量集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和無(wú)線通信模塊的微小節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)通過(guò)自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)多跳方式及時(shí)有效、地傳輸?shù)叫畔⒔邮斩?，因而具有廣泛的應(yīng)用前景。然而，由于節(jié)點(diǎn)靠電池供給能量，而又不易對(duì)如此眾多的節(jié)點(diǎn)更換電池，降低節(jié)點(diǎn)能耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命就成為了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵。因此，設(shè)計(jì)能量效率高同時(shí)又實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，對(duì)于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)用化具有非常重要的意義。 由于媒體接入控制 (MAC) 協(xié)議在無(wú)

2、線通信中具有重要作用，而傳統(tǒng)的 MAC 協(xié)議并不適合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，所以目前大部分的研究熱點(diǎn)都集中在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的 MAC 層協(xié)議。不過(guò)現(xiàn)有的一些研究成果離實(shí)際應(yīng)用尚有一定的距離，還需要作進(jìn)一步地探索。 本論文分析了近年來(lái)為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的能量高效的媒體接入控制協(xié)議，并對(duì)不同的協(xié)議進(jìn)行分類。詳細(xì)介紹了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中著名的 S-MAC (Sensor-MAC) 協(xié)議，分析了它的工作機(jī)制，它是本文的工作基礎(chǔ)。 本文從

3、能量效率的角度出發(fā)，在大量的仿真試驗(yàn)基礎(chǔ)上，分析了S-MAC 中業(yè)務(wù)負(fù)載與占空比的關(guān)系，得出了在獲得最大能量效率的情況下業(yè)務(wù)負(fù)載和占空比的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及描述此對(duì)應(yīng)關(guān)系的擬合函數(shù)，可以使用此對(duì)應(yīng)關(guān)系來(lái)自適應(yīng)地確定最佳占空比。 根據(jù) S-MAC 的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)和信令特點(diǎn)，提出了一種基于 S-MAC 的發(fā)射功率控制機(jī)制；修改了 S-MAC 協(xié)議的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制，提供了對(duì)能量較少節(jié)點(diǎn)的保護(hù)，仿真證明這兩種機(jī)制能有效降低節(jié)點(diǎn)能耗，提高能量效率；最