无线传感器网络中多址接入技术的研究

论文摘要

传感器节点的媒体访问控制协议（MAC）中的能量管理一直是传感器网络通信协议研究的热点问题。针对这个问题,本文提出了一种适用于无线传感器网络的节能型MAC协议-TBEA协议。TBEA以分群为基础,在群内采用TDMA的方式、在群间采用FDMA-TDMA加随机退避的方式进行来通信,因而有效的控制了由于分组碰撞和控制信息冗余所造成的能量浪费。同时,节点通过周期性的休眠和侦听来进一步减少能量的损失。在每个群内,时间同步由群首节点管理,群内节点占用不同的时隙进行通信。考虑到群首节点的特殊性,我们采用选举新群首节点的策略来更换群首,从而避免了群首节点能量被快速耗尽情况的发生。通过在OPNET10.5软件平台上的仿真证明,TBEA协议是一种能够有效节约节点能量的MAC协议。最后,为了验证协议的可行性,我们在自己开发的无线传感器节点上对协议进行了移植,测试结果表明该协议能够正常稳定的在硬件平台上工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 传感器网络体系结构
• 1.2.1 传感器网络的结构
• 1.2.2 传感器网络的特点
• 1.2.3 传感器节点的结构
• 1.2.4 传感器网络的无线通信模块
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 应用于无线传感器网络的节能型多址接入协议设计
• 2.1 传感器网络多址接入协议特点
• 2.2 现有传感器网络多址接入协议
• 2.3 应用于运动目标探测无线传感器网络的节能型多址接入协议概述
• 2.3.1 基于地理位置分群的策略
• 2.3.2 群内TDMA的通信方式
• 2.3.3 群间FDMA-TDMA加随机退避的通信方式
• 2.3.4 节点的节能策略
• 2.4 传感器网络多址接入协议仿真分析
• 2.4.1 TBEA协议的仿真场景
• 2.4.2 OPNET网络仿真软件简介
• 2.4.3 TBEA协议的仿真结果
• 2.5 本章小节
• 第三章 应用于无线传感器网络的节能型多址接入协议在硬件平台上的实现
• 3.1 硬件实现平台介绍
• 3.2 TBEA协议的软件实现
• 3.2.1 算法实现的系统框图
• 3.2.2 节点入网及同步的实现
• 3.2.3 节点之间通信的实现
• 3.3 本章小节
• 第四章 应用于无线传感器网络的节能型多址接入协议在硬件平台上的验证及测试
• 4.1 ICC AVR工作平台
• 4.2 测试结果及波形
• 4.3 本章小节
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果
• 附录A