IEEE802.15.4时隙CSMA/CA算法性能研究

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network, WSN)和传统网络相比具有自身的特殊性,使得传统的网络协议并不适用于无线传感器网络。而基于个域网(Personal Area Network, PAN)提出的IEEE802.15.4协议相比起传统的网络协议,具有更为简洁的体系结构,并且是为结构简单、低成本和低能耗的网络而设计的,因此更适合应用到无线传感器网络中。不同环境下网络对数据吞吐量和网络时延的要求不同。因此,在IEEE802.15.4媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)层时隙CSMA/CA算法中,对于不同的网络环境,信道空评定(Clear Channel Assessment,CCA)次数、BE、BO和SO这些参数的设定都会随之不同。本论文通过OPNET对时隙CSMA/CA算法进行仿真后,分析了这些参数不同的取值对网络性能的影响。本文在采用离散马尔可夫链模型研究时隙CSMA/CA算法时,考虑了延迟传输、碰撞数据包的重传上限和ACK应答帧这三个因素,改进了离散马尔可夫链模型。结合节点的休眠/活跃状态进行数学分析,并通过仿真实验研究了这三个因素在不同网络条件下对于网络性能的改善程度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络研究背景
• 1.2 课题研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 论文主要工作及章节安排
• 第二章 无线传感器网络MAC层协议综述
• 2.1 MAC层的作用和设计目标
• 2.1.1 MAC层的作用
• 2.1.2 MAC协议的设计目标
• 2.2 MAC层协议分类
• 2.2.1 固定分配型MAC层协议
• 2.2.2 基于竞争型MAC层协议
• 2.2.3 混合型MAC层协议
• 2.3 IEEE802.15.4 简介
• 2.3.1 IEEE802.15.4 标准概述
• 2.3.2 IEEE802.15.4 拓扑结构
• 2.3.3 IEEE802.15.4 超帧结构
• 2.3.4 IEEE802.15.4 数据传输方式
• 2.4 CSMA/CA算法简介
• 2.4.1 CSMA/CA算法分类
• 2.4.2 CSMA/CA算法流程
• 2.5 本章小结
• 第三章 时隙CSMA/CA算法参数研究
• 3.1 OPNET简介
• 3.2 仿真模型结构
• 3.2.1 仿真模型参数设置
• 3.2.2 网络拓扑结构
• 3.2.3 节点模型
• 3.3 仿真结果分析
• 3.3.1 网络吞吐量性能仿真结果分析
• 3.3.2 网络延时仿真结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 离散马尔可夫链模型的分析与改进
• 4.1 研究背景概述
• 4.2 时隙CSMA/CA算法流程
• 4.3 离散马尔可夫链模型
• 4.3.1 节点的活跃/休眠模式
• 4.3.2 改进的时隙CSMA/CA算法马尔可夫链模型
• 4.3.3 模型性能分析
• 4.4 仿真验证
• 4.4.1 延迟传输仿真结果分析
• 4.4.2 碰撞数据帧重传上限仿真结果分析
• 4.4.3 ACK应答帧仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 研究成果