无线传感器网络MAC协议研究

论文摘要

当今,随着科学技术的不断深入发展,不同学科之间的交叉和技术渗透成为科研人员研究的热点,因为对于客观世界中的某些具有挑战性的问题只凭借单一的技术是很难解决的,往往需要综合多门学科技术来完成。当然面对现实生活中不同应用,无线传感器网络也不例外。无线传感器网络是一门集传感器技术、微机电系统（MEMS）及通信技术于一体的具有智能化、微型化、多功能性的新兴前沿技术。正是由于无线传感器网络自身的一些特性,使得其广泛应用于各种领域。作为无线传感器网络协议体系结构的底层,媒介接入控制协议MAC （Medium Access Control）主要负责传感器节点有条不紊的接入共享信道,保证信道高效的被使用。而MAC协议是无线传感器网络的关键协议之一,其基本任务决定着无线传感器网络接入信道的方式,为传感器节点分配有限的无线信道资源。MAC协议性能的好坏将直接影响无线传感器网络的整体性能,因此如何设计出适合不同应用的MAC协议是未来需要进一步探究的问题。本文主要从无线传感器网络MAC协议节能方面进行探讨。本文主要对SMAC协议进行了研究并改进,SMAC协议是基于竞争的MAC协议,节点采用周期性睡眠唤醒调度机制,固定睡眠周期以减少空闲侦听带来的能量消耗,固定侦听周期用来传输数据。由于SMAC协议采用固定周期性睡眠唤醒机制,不能适应网络流量的动态变化,为此提出了一种改进的R-SMAC协议。R-SMAC协议将被监测区域分为两个任务区：轻度任务区和强度任务区。在这两个区域中分别使用不同的通信机制,轻度任务区采用动态睡眠唤醒机制,强度任务区内根据空间复用制度采用时隙分配制度。通过NS2仿真分析可知：改进的协议在节能方面较802.11和SMAC协议有一定的改善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.1.1 研究的背景
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 面临的问题及挑战
• 1.3 论文的内容与组织结构
• 1.3.1 论文的内容
• 1.3.2 论文的组织结构
• 2 无线传感器网络概述
• 2.1 无线传感器网络的概念与特征
• 2.1.1 无线传感器网络的概念
• 2.1.2 无线传感器网络的特征
• 2.2 无线传感器网络的体系结构
• 2.2.1 传感器网络节点的功能模块及其协议
• 2.2.2 传感器网络节点具体的结构
• 2.2.3 传感器节点的体系组成
• 2.3 传感器节点的限制条件
• 2.4 无线传感器网络的应用
• 2.4.1 军事领域
• 2.4.2 医疗应用
• 2.4.3 环境应用
• 2.4.4 家庭和其它的商业应用
• 2.4.5 星空探索
• 3 无线传感器网络MAC协议
• 3.1 无线传感器网络MAC协议概述
• 3.2 WSN的MAC协议与Ad Hoc网络MAC协议比较
• 3.3 WSN MAC协议的设计因素
• 3.4 WSN中MAC协议研究的热点
• 3.5 WSN MAC协议的分类
• 3.6 WSN MAC协议分析
• 3.6.1 基于竞争的MAC协议
• 3.6.2 基于调度的MAC协议
• 3.6.3 混合MAC协议
• 3.7 MAC协议小结
• 4 改进的SMAC协议R-SMAC协议
• 4.1 R-SMAC的基本思想
• 4.2 轻度任务区与强度任务区的定义及划分准则
• 4.2.1 轻度任务区与强度任务区的定义
• 4.2.2 轻度任务区与强度任务区的划分准则
• 4.3 轻度任务区内节点的通信机制
• 4.3.1 轻度任务区域内虚拟簇的形成
• 4.3.2 自适应占空比机制
• 4.3.3 虚拟数据预测和重传机制
• 4.3.4 数据包的格式
• 4.4 强度任务区内节点通信
• 4.4.1 发送信标帧
• 4.4.2 强度任务区内节点的访问控制
• 4.4.3 同步阶段
• 4.4.4 面向汇聚节点的传输时间安排
• 4.4.5 R-SMAC帧格式
• 4.4.6 动态深度调整分析
• 5 R-SMAC协议仿真测试与结果分析
• 5.1 NS-2仿真平台简介
• 5.1.1 NS-2概述
• 5.1.2 NS-2模拟的基本流程
• 5.1.3 NS-2中编写Tcl脚本文件的步骤
• 5.2 仿真实验设计
• 5.2.1 仿真参数的设置
• 5.2.2 仿真的设计
• 5.2.3 仿真步骤
• 5.3 仿真拓扑1的结果分析
• 5.3.1 仿真1的拓扑结构
• 5.3.2 仿真结果分析
• 5.4 仿真拓扑2的结果分析
• 5.4.1 仿真2的拓扑结构
• 5.4.2 仿真结果分析
• 5.5 仿真总结
• 6 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献