無線傳感器網(wǎng)絡(luò)降低功耗的MAC層協(xié)議的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近年來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)技術(shù)不斷發(fā)展，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大。然而，傳感器節(jié)點(diǎn)能量消耗的問題成了影響節(jié)點(diǎn)壽命和網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵因素。如果有傳感器節(jié)點(diǎn)的能量消耗殆盡，就有可能影響到網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、通信路由、網(wǎng)絡(luò)的連通性，降低網(wǎng)絡(luò)的性能。在WSN中，媒體接入控制(Medium Access Control，MAC) 協(xié)議決定了如何在傳感器節(jié)點(diǎn)之間分配有限的無線通信資源，是影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能量效

2、率的重要方面。因此，本論文的目的就是要在MAC層尋求可以降低傳感器節(jié)點(diǎn)功耗的方法。 本文在介紹WSN的基本原理的基礎(chǔ)上，著重分析了現(xiàn)有的一些MAC 層協(xié)議，詳細(xì)探討了其中比較有代表性的S-MAC協(xié)議。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，S-MAC協(xié)議中有兩個(gè)比較明顯的缺陷。一是邊界節(jié)點(diǎn)問題，S-MAC 無法實(shí)現(xiàn)調(diào)度表的全網(wǎng)同步，只能形成多個(gè)在局部范圍內(nèi)同步的簇，簇間的邊界節(jié)點(diǎn)相對于內(nèi)部節(jié)點(diǎn)能量消耗要快，很有可能先死去，這樣可能影響網(wǎng)絡(luò)的連通性。二是沖突

3、避免機(jī)制，S-MAC 采用了基于RTS/CTS幀的沖突避免機(jī)制，這種機(jī)制既存在著較大的協(xié)議開銷，又可能造成RTS/CTS幀與其他信號幀的新的沖突。 針對第一個(gè)問題，我們提出了一種協(xié)議方案，即SynchronizedS-MAC(SS-MAC)。它在S-MAC的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，利用生成樹來實(shí)現(xiàn)調(diào)度表的全網(wǎng)同步，使各個(gè)簇逐步合并，消除了邊界節(jié)點(diǎn)。仿真的結(jié)果證明了SS-MAC相對于S-MAC提高了能量效率，改善了網(wǎng)絡(luò)連通性，并具有較好的

4、擴(kuò)展性。 對于第二個(gè)問題，我們首先分析了基于RTS/CTS的沖突避免機(jī)制的有效性，針對存在的問題，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)地理位置的沖突避免機(jī)制，可以避免臨近節(jié)點(diǎn)的沖突而不使用RTS/CTS。我們將該機(jī)制應(yīng)用到S-MAC上，得到了新的協(xié)議Position based MAC(P-MAC)。雖然該協(xié)議增加了鄰居節(jié)點(diǎn)之間的位置廣播，并會因縮短每跳的傳輸距離而增加源、目的節(jié)點(diǎn)之間的跳數(shù)，但仍然有效的降低了協(xié)議的復(fù)雜度和額外開銷。仿真結(jié)果顯示