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文檔簡介
1、由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點能量和硬件資源受限,在諸如社區(qū)監(jiān)測等應(yīng)用中,數(shù)據(jù)包多到一及多跳匯聚傳輸模式易引起無線傳感器網(wǎng)絡(luò)局部或全局擁塞,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲增大、數(shù)據(jù)丟失,甚至網(wǎng)絡(luò)癱瘓。對網(wǎng)絡(luò)擁塞進行有效控制是保證無線傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)性能、延長生命周期的關(guān)鍵手段之一。媒介訪問控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議處于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧底層,負責(zé)管理分配傳感器節(jié)點的通信資源,直接影
2、響著網(wǎng)絡(luò)對擁塞的響應(yīng)速度。提高MAC協(xié)議的抗擁塞能力是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中具有挑戰(zhàn)性的研究課題之一。
本文分析多跳匯聚拓撲網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞的原因,提出和改進了MAC協(xié)議抗擁塞方法。論文的主要工作和創(chuàng)新點如下:
(1)改進設(shè)計了一種基于父節(jié)點控制無線信道資源分配的擁塞緩解MAC協(xié)議(SRI-MAC):針對網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)多到一匯聚傳輸時,子節(jié)點競爭加劇導(dǎo)致傳輸性能下降,休眠機制導(dǎo)致有效帶寬變小等造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞問題,本協(xié)議通過父節(jié)
3、點對無線信道資源進行分配,包含多次邀請機制和迸發(fā)傳輸機制,達到緩解擁塞的目的。仿真結(jié)果顯示,隨著負載流量增加,SRI-MAC協(xié)議數(shù)據(jù)包傳遞率比S-MAC和R-MAC高。
(2)提出一種基于節(jié)點自適應(yīng)競爭窗口調(diào)節(jié)策略的擁塞緩解MAC協(xié)議(CA-MAC):針對數(shù)據(jù)多跳匯聚傳輸使負載流量不均衡,負載密度逐跳變大,易引起擁塞使父節(jié)點緩存隊列溢出丟包的問題,本協(xié)議采用緩存隊列占用率檢測和擁塞趨勢度檢測結(jié)合的方法檢測擁塞,通過自適應(yīng)競爭窗
4、口調(diào)節(jié)策略以及迸發(fā)傳輸機制,緩解了擁塞。仿真結(jié)果顯示,隨數(shù)據(jù)包加載時間間隔縮小,CA-MAC的數(shù)據(jù)包傳遞率比S-MAC和RL-MAC高。
(3)改進設(shè)計了一種基于相鄰節(jié)點選擇策略分流數(shù)據(jù)的擁塞緩解MAC協(xié)議(MACA-MAC):針對父節(jié)點發(fā)生擁塞無法接收數(shù)據(jù),造成其子節(jié)點數(shù)據(jù)積壓加劇擁塞的問題,本協(xié)議中,當(dāng)父節(jié)點發(fā)生擁塞時,其子節(jié)點通過相鄰節(jié)點選擇策略,從可選鄰節(jié)點列表中選擇傳輸壓力最小的節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),緩解了擁塞。仿真結(jié)果顯示
5、,隨數(shù)據(jù)包加載時間間隔縮小,MACA-MAC協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳遞率比PW-MAC高。
論文在上述研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了采用CC2530芯片的測試節(jié)點,在測試節(jié)點軟硬件平臺上實現(xiàn)了本文提出和改進的MAC協(xié)議抗擁塞方法,并在實際場景中進行了組網(wǎng)驗證。實測結(jié)果表明,SRI-MAC協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳遞率比S-MAC高,在SRI-MAC上增加自適應(yīng)競爭窗口調(diào)節(jié)策略后,其數(shù)據(jù)包傳遞率比SRI-MAC高。通過節(jié)點選擇策略進行數(shù)據(jù)分流緩解擁塞的MACA
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