無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式高能效TDMA協(xié)議研究.pdf

1、無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSNs)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線通信的方式形成的一個(gè)多跳的自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息，并發(fā)送給終端用戶。與傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)不同，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)最主要的特點(diǎn)是能夠在有限資源條件下，實(shí)現(xiàn)最長(zhǎng)的生存時(shí)間。因此，制約無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)主要因素是功耗。媒體訪問(wèn)控制(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(wú)線通信資源，直接影響著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能。

2、而現(xiàn)有的MAC協(xié)議并不能很好地應(yīng)用于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中。提出一個(gè)好的MAC協(xié)議使其能在能量有效性和網(wǎng)絡(luò)性能之間進(jìn)行折中是目前研究的重點(diǎn)。
　　本文首先針對(duì) BMA(Bit-map-assisted)協(xié)議存在空閑偵聽且能耗較大，其改進(jìn)協(xié)議 E-BMA(Energy-efficient Bit-map-assisted)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延高的問(wèn)題，提出了一種在能夠保持高能效同時(shí)大幅降低網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r(shí)延的MAC協(xié)議——LL-BMA(Low-lat

3、ency Bit-map-assisted)協(xié)議。該協(xié)議的特點(diǎn)在于將節(jié)點(diǎn)預(yù)約數(shù)據(jù)時(shí)隙的過(guò)程分為可搭載預(yù)約和不可搭載預(yù)約兩種方式，折中時(shí)延與能效的關(guān)系，在有連續(xù)數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時(shí)，節(jié)點(diǎn)通過(guò)搭載預(yù)約數(shù)據(jù)時(shí)隙來(lái)減少空閑偵聽，反之則通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)周期向簇頭發(fā)送控制信息來(lái)進(jìn)行預(yù)約，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延。
　　其次，為了進(jìn)一步減少空閑偵聽，本文又提出一種基于 TDMA(Time Division Multiple Access)的MAC協(xié)議——SR-B

4、MA(Scalable and Reservable Bit-map-assisted)協(xié)議。與傳統(tǒng)協(xié)議相比，該協(xié)議將數(shù)據(jù)時(shí)隙設(shè)置為很小的尺寸，數(shù)據(jù)時(shí)隙的數(shù)目超過(guò)節(jié)點(diǎn)數(shù)，簇頭根據(jù)節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息，分配相應(yīng)數(shù)目的數(shù)據(jù)時(shí)隙，極大地提高了數(shù)據(jù)時(shí)隙的利用率；對(duì)背包算法進(jìn)行優(yōu)化，很好地避免了等待時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成時(shí)延較大的情況，能夠保證公平性；簇頭為沒(méi)有成功分配到數(shù)據(jù)時(shí)隙的節(jié)點(diǎn)提前預(yù)約下一幀的數(shù)據(jù)時(shí)隙，又可以在一定程度上減少控制開銷。
　　

5、接著，本文通過(guò) MATLAB仿真軟件，從節(jié)點(diǎn)平均能耗及最大傳輸時(shí)延兩方面進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示：與 TDMA、BMA、E-BMA協(xié)議進(jìn)行對(duì)比， LL-BMA協(xié)議只需犧牲小部分能量，就能有效地降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)延，能夠保持低時(shí)延高能效的特性；相較于 BEST-MAC(Bitmap-Assisted Efficient and Scalable TDMA-Based MAC)協(xié)議，SR-BMA協(xié)議減少了控制開銷，因而減少了能耗，采用了背包算法