基于竞争的无线传感器网络MAC协议研究

论文摘要

最近十年来,无线传感器网络作为电子信息领域的主导技术之一已经出现。无线传感器网络由大量分散的具有感知、数据处理、通信等功能的传感器节点组成。这些节点自组织成多跳的无线网络,协作地完成共同的任务。由于传感器节点通常都是电池供电,而且要在无人值守的环境下持续工作很长时间,因此能量高效是无线传感器网络设计的关键。MAC协议作为节省能量的关键技术已经成为无线传感器例络中的研究热点。本文在分析无线传感器网络MAC协议设计中需要考虑的问题的基础上,对近几年提出的几种典型MAC协议进行了深入研究。最后提出了两个基于周期休眠的新的MAC协议。低功耗低延时的MAC协议:在这个协议中节点周期休眠以节省能量。当源节点有数据包要发送时,它先发送一个唤醒消息来唤醒睡眠中的接收节点。该协议不需要像S-MAC那样采用时间同步机制。转发延迟机制的使用有效地减轻了隐减节点干扰问题。它非常适合带宽窄的无线传感器网络。低空闲侦听的MAC协议:传感器节点在轮询周期内周期性的打开它的无线电收发装置。通过采样信道上的能量来核查唤醒信号,这样就能够判断是否有唤醒信号存在。轮询周期过后节点进入很长的睡眠周期,因此能量得到了节省。通过在轮询周期内预留信道的方法,数据延时间题得到了很好的解决。为了验证新的MAC协议的正确性和优越性,文章分别对它们进行了数学推理和在OPNET坏境下的仿真试验。结果证明两个新的协议在节能、时延、吞吐量等方面上的性能都很优越。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 困内研究状况
• 1.3 论文完成的主要工作
• 1.4 论文结构
• 第2章 无线传感器网络概述
• 2.1 传感器网络的概念
• 2.2 无线传感器网络的特点和挑战
• 2.2.1 无线传感器网络的特点
• 2.2.2 无线传感器网络的挑战
• 2.3 无线传感器网络的体系结构
• 2.3.1 传感器节点的体系结构
• 2.3.2 网络的拓扑结构
• 2.4 通信协议
• 2.5 无线传感器网络的应用领域
• 2.6 本章小结
• 第3章 传感器网络MAC协议分析
• 3.1 MAC协议概述
• 3.2 MAC协议的性能指标
• 3.3 MAC协议的分类
• 3.3.1 基于竞争的MAC协议
• 3.3.2 基于调度的MAC协议
• 3.3.3 两者混合的MAC协议
• 3.4 本章小结
• 第4章 低功耗低延时的MAC协议
• 4.1 相关工作
• 4.2 低功耗低延时的MAC协议
• 4.2.1 相关的机制和概念
• 4.2.2 低功耗低延时的MAC协议描述
• 4.2.3 协议的节点状态分析
• 4.3 延时分析
• 4.4 仿真和性能评价
• 4.4.1 仿真场景及参数设置
• 4.4.2 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 低空闲侦听的MAC协议
• 5.1 低空闲侦听的MAC协议的调度周期
• 5.1.1 低空闲侦听MAC协议的调度周期
• 5.1.2 低空闲侦听MAC协议描述
• 5.2 延时分析
• 5.3 仿真和性能评价
• 5.3.1 仿真场景及参数设置
• 5.3.2 仿真结果分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士期间参加的科研项目
• 致谢