基于动态拓扑的无线传感器网络的研究

论文摘要

针对无线传感器网络能量受限、网络拓扑动态变化的特点,提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。S-MAC协议是一种典型的基于竞争的MAC协议,具有良好的节能特性和扩展性,但也存在占空比固定等缺点。本文基于S-MAC协议引入了排队论的思想,提出一种动态占空比调整的设计方案。该方案在有突发流量负载的情况下,通过对网络中数据包到达率与节点处理速率的调整,动态调整占空比。分析结果表明,改进协议在保持能量节省的基础上,时延、吞吐量等性能指标都有了一定的改善,特别适用于拓扑变化频繁或传输负载变化范围大的网络。本文还研究了动态拓扑无线传感器网络的数学模型。通过分析网络节点度分布、平均路径长度和聚类系数三个反映网络拓扑的性能指标以及对比相关模型的仿真数据,证明了在动态占空比设计方案仿真时使用该模型的合理性和准确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 无线传感器网络的特点
• 1.3 研究前景和目的
• 1.4 论文的组织结构
• 第二章 无线传感器网络技术概述
• 2.1 概述
• 2.2 无线传感器网络的MAC 层特性
• 2.2.1 无线传感器网络MAC 协议的设计要求
• 2.2.2 无线传感器网络MAC 协议的研究现状
• 2.3 拓扑控制技术
• 2.3.1 拓扑控制的设计目标
• 2.3.2 拓扑控制的研究现状
• 2.4 小结
• 第三章 S-MAC 协议研究及现有改进方案
• 3.1 S-MAC 原理
• 3.2 S-MAC 协议的主要机制
• 3.2.1 周期性侦听和睡眠
• 3.2.2 冲突避免和串音避免机制
• 3.2.3 长消息传递机制
• 3.2.4 自适应侦听机制
• 3.3 S-MAC 协议的问题分析
• 3.4 现有的几种改进方案
• 3.5 小结
• 第四章 动态占空比调整的改进协议设计
• 4.1 动态占空比调整机制
• 4.2 改进协议的设计和分析
• 4.2.1 握手机制的改进
• 4.2.2 基于速率调整的流量预测设计
• 4.3 仿真结果分析
• 4.4 小结
• 第五章 一种动态拓扑的无线传感器网络模型
• 5.1 E-R 随机图模型
• 5.2 无标度网络模型
• 5.3 有旧节点退网的无线传感器网络模型
• 5.3.1 动态拓扑无线传感器网络建模
• 5.3.2 模型理论分析
• 5.3.3 性能比较
• 5.4 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢