一种能量高效的无线传感器网络MAC协议研究

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无线传感器网络是由分布在监测区域内大量的微型传感器节点组成,能够协作的感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息,并通过无线的方式传送给观察者,可广泛应用于军事、医疗、交通、环境监测等领域。媒体接入访问控制协议(MAC)规定了无线信道使用的方式,在众多网络节点间分配有限的通信资源。高性能的MAC协议能很好在众多节点之间合理的分配共享信道,减少冲突的发生,节省能量。论文首先对课题的研究背景以及国内外的研究现状进行了分析,然后对无线传感器网络的结构特点等内容进行了介绍,其中着重分析了无线传感器网络各部分的能耗;其次,介绍了无线传感器网络各类MAC协议,并对各类MAC协议进行了分析比较,其中着重对基于竞争的MAC协议S-MAC、T-MAC协议进行了详细的分析,针对两种协议存在的不足,引入了随机工作睡眠调度机制,研究了一种新的改进协议;最后利用NS2网络仿真工具对改进的MAC协议进行了仿真验证,通过对仿真结果的分析,表明改进后的协议比原来的协议在提高能量效率、时延、吞吐量等方面有了一定的改善。论文的创新之处在于新的改进协议采用了随机工作睡眠调度机制,使得同一个虚拟簇内节点的工作睡眠调度方法不是固定的,而是随着网络负载的变化而自适应变化。让只有相互通信的节点工作在同步状态下,而非通信节点工作在异步模式下,一个周期内可以为多对节点提供通信服务,彼此之间不影响,类似于TDMA模式,这样就提高了时间资源的利用效率,增强了网络的性能,同时不增加节点硬件的复杂度。
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