一种新的无线传感器网络MAC协议

论文摘要

无线传感器网络是新一代的传感器网络,具有非常广泛的应用前景。相对于有线网络,无线环境下的MAC技术要面对更多的问题,尤其对于能量受限、频率资源宝贵和网络拓扑结构动态变化的无线传感器网络而言,设计、实现一种节能高效的MAC协议至关重要。本文首先介绍了无线传感器网络MAC协议的特点,对当前无线传感器网络MAC协议的研究进行了归纳总结,然后对基于竞争的MAC协议进行了详细介绍和分析,并在此基础上,通过改进最具代表性的SMAC协议的退避机制,提出了一种新的适用于无线传感器网络的MAC方案。新方案首先在SMAC的基础上引入了指数退避思想,并引用马尔可夫(Markov)分析模型对退避的关键性能参数进行了理论分析,得出:只需在信道状态变化时自适应地调整竞争窗口W的值,就可以使系统有较好的能量效率和吞吐率。因此,新方案中引入了“信道忙计数器”,节点可以推测信道的拥塞程度,自适应地改变竞争窗口以减少碰撞。最后,本文对改进方案在ns2中实现了仿真模块,仿真结果表明:与原协议相比较,新方案的能量效率和吞吐率都有明显地提高。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.2 无线传感器网络的MAC技术
• 1.3 本文主要工作及组织结构
• 第二章 基于竞争的MAC协议
• 2.1 能量效率
• 2.2 SMAC协议
• 2.2.1 周期性睡眠
• 2.2.2 冲突避免
• 2.2.3 节点间的同步
• 2.2.4 消息通道
• 2.3 自适应侦听的SMAC协议
• 2.4 TMAC协议
• 2.5 DMAC协议
• 2.6 WiseMAC协议
• 第三章 一种新的MAC协议
• 3.1 关于SMAC协议的思考
• 3.2 随机退避原理
• 3.3 初步改进
• 3.4 理论分析
• 3.4.1 特殊设定
• 3.4.2 模型描述
• 3.4.3 吞吐率分析
• 3.4.4 能量效率分析
• 3.4.5 关于传输概率
• 3.4.6 原方案存在的问题
• 3.5 新MAC协议的提出
• 3.5.1 相关工作
• 3.5.2 新方案描述
• 第四章 仿真实现与分析
• 4.1 算法的仿真实现
• 4.1.1 ns-2 简介
• 4.1.2 SMAC代码的bug及其修复
• 4.1.3 新方案的具体实现
• 4.2 仿真模型
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 吞吐率分析
• 4.3.2 能量效率分析
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 缩写语列表
• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 导师及作者简介
• 在读期间的科研成果