无线传感器网络S-MAC协议中休眠调度机制的改进

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无线传感器网络是由部署在检测区域内的大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者,可广泛应用于军事、商业、医疗救护、环境监测等领域。  介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,对传感器网络的性能有较大影响。传统无线网络的MAC协议无法满足无线传感器网络的设计要求,不能直接应用。针对无线传感器网络MAC协议的研究一直是受普遍关注,具有非常重要的意义。  本文在S-MAC协议的基础上对其周期性休眠调度机制进行了改进。S-MAC协议是针对传感器网络的节能需求和自组织性而提出的,主要通过周期性休眠获得低占空比实现。但S-MAC协议固定占空比模式下的休眠方式增加了通信时延。本文对此设计了动态占空比调整机制,根据网络中传感/转发事件发生间隔的变化得出网络流量的变化趋势,并据此对节点自适应调整休眠占空比。改进后的协议能自适应网络流量负载的变化,节省了空闲监听的能量消耗并减少了时延,延长了整个网络的生存时间。  本文最后在NS-2网络模拟平台上对改进前后的MAC协议进行了仿真实现,并对节点的平均剩余能耗和延时两个主要性能指标进行了统计分析。研究结果表明,改进后的MAC协议在网络流量较小时能有效的改善网络延时和能量有效性,对无线传感器网络通信协议的进一步研究具有较强的实用价值。
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