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无线传感器网络MAC协议的研究与设计

作　者: 李元萍
导　师: 曾子维
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 MAC NS2 ST-MAC
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 133次
引　用: 3次
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内容摘要

无线传感器网络是一种由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,是一种新型的无线网络,能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或被监测对象的信息,对其进行处理并传送到用户终端。它是一种新型的应用网络,具有十分广阔的应用前景,引起学术界和工业界的高度重视。介质访问控制协议决定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,用来构建传感器网络系统的底层基础结构,处于传感器网络协议的底层部分,对网络性能有较大影响。本文的主要内容是对无线传感器网络的介质访问控制(Medium access control MAC)协议进行研究和设计,通过对现有协议进行分析,并结合实际情况提出了一种新的ST-MAC协议。传统的MAC协议分为基于竞争和基于时分多路复用两种,这两种类型的协议分别适用于数据流量较低和数据流量较高的场合。但在一些实际应用中,其网络的数据流量会随触发事件不同而产生高低变化,因此这里提出ST-MAC协议,它能够根据网络流量的变化来采取不同的数据传输模式,从而提高网络的利用率。最后在NS网络平台上对所设计的协议进行了模拟,并同SMAC协议做了对比,结果表明该协议在能量节省、平均吞吐量方面具有一定的性能改善。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-9
第一章引言  9-11
  1.1 研究背景  9-10
  1.2 研究的目的和意义  10
  1.3 主要工作及论文组织结构  10-11
第二章无线传感器网络概述  11-24
  2.1 无线传感器网络体系结构  11-15
    2.1.1 无线传感器网络的概念及结构  11-12
    2.1.2 传感器节点的结构  12-13
    2.1.3 传感器节点的特点  13-14
    2.1.4 传感器网络协议栈  14-15
  2.2 无线传感器网络的特征  15-19
    2.2.1 传统无线网络的特点  15-16
    2.2.2 无线传感器网络的特点  16-17
    2.2.3 传感器网络的关键技术  17-18
    2.2.4 无线传感器网络的性能评价指标  18-19
  2.3 无线传感器网络的应用  19-20
  2.4 无线传感器网络的发展现状  20-24
第三章无线传感器网络现有MAC协议的分析  24-41
  3.1 无线传感器网络MAC协议概述  24
  3.2 高效MAC协议设计目标  24
  3.3 链路层节点能耗分析  24-26
  3.4 无线传感器网络基于竞争的MAC协议及其性能分析  26-36
    3.4.1 IEEE 802.11 MAC协议  26-30
      3.4.1.1 IEEE 802.11 MAC协议的两种访问控制方式  26
      3.4.1.2 CSMA/CA中的虚拟载波侦听机制  26-27
      3.4.1.3 CSMA/CA的基本访问机制  27-28
      3.4.1.4 MAC协议的退避机制  28-29
      3.4.1.5 MAC协议的主动确认与预留机制  29-30
    3.4.2 S-MAC协议  30-32
      3.4.2.1 周期性睡眠/侦听机制  30-31
      3.4.2.2 流量自适应侦听机制  31
      3.4.2.3 冲突和串音避免  31-32
      3.4.2.4 消息传递  32
    3.4.3 T-MAC协议  32-36
      3.4.3.1 基本工作原理  32-33
      3.4.3.2 RTS操作和TA的选择  33-34
      3.4.3.3 早睡问题  34-36
  3.5 无线传感器网络基于时分复用的MAC协议及其性能分析  36-41
    3.5.1 基于分簇网络的MAC协议  36-38
    3.5.2 DMAC协议  38-41
      3.5.2.1 协议的设计思想  38
      3.5.2.2 交错调度机制  38-39
      3.5.2.3 自适应占空比机制  39
      3.5.2.4 数据预測机制  39-40
      3.5.2.5 MTS包  40-41
第四章一种流量自适应MAC算法  41-51
  4.1 问题的提出  41
  4.2 总体设计  41-42
  4.3 ST-MAC算法描述  42-51
    4.3.1 树型结构的生成  42-44
    4.3.2 算法描述  44-46
    4.3.3 低流量传输模式  46
    4.3.4 高流量传输模式  46-47
    4.3.5 模式切换控制  47
    4.3.6 竞争机制  47-49
    4.3.7 时隙分配原则  49-50
    4.3.8 时钟同步  50-51
第五章仿真试验及结果分析  51-69
  5.1 网络仿真  51
  5.2 NS2简介  51-54
    5.2.1 简介  51-52
    5.2.2 NS2模拟的方法和一般过程  52-54
  5.3 NS的组件  54-57
    5.3.1 调度器  54-55
    5.3.2 节点  55-56
      5.3.2.1 节点的创建  55
      5.3.2.2 分类器(Classifier)  55
      5.3.2.3 节点的内部结构图  55-56
    5.3.3 链路(Link)  56-57
    5.3.4 代理(Agent)  57
  5.4 协议仿真  57-69
    5.4.1 主要函数的伪代码  57-61
    5.4.2 参数配置  61
    5.4.3 场景的生成  61-62
    5.4.4 仿真结果比较  62-68
    5.4.5 对比结果  68-69
第六章总结  69-70
参考文献  70-74
致谢  74-75
攻读硕士期间发表的论文  75

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