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基于流量自适应的无线传感器网络MAC协议研究

作　者: 宁金龙
导　师: 陈曙
学　校: 山东大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无线传感器网络介质访问控制协议流量自适应预约
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 31次
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内容摘要

随着传感器技术和通信技术的发展,无线传感器网络技术得到越来越多的关注。无线传感器网络是由部署在工作区域内的大量廉价的微型传感器节点组成,并通过无线方式通信的一个多跳自组织网络系统。无线传感器网络在环境与军事监控,空间探索,地震与气候预测,农业生产、医疗健康监护、建筑与家居、工业生产控制以及商业等众多领域都具有广泛的应用前景。媒体介质访问控制(MAC)协议处于无线传感器网络协议的底层,主要用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介,是保证无线传感器网络有效通信的关键网络协议之一。无线传感器网络采用的MAC协议对其主要性能如吞吐量、数据传输延迟、能耗等有至关重要的影响。针对不同方面的传感器网络应用,目前研究人员提出了许多MAC协议,主要有基于竞争和基于调度两种方式,它们各自有不同的优缺点。基于竞争的协议在低数据流量下表现出很好的性能,而基于调度的MAC协议在高数据流量下性能优秀；前者具有很好的灵活性及可扩展性,但是会产生冲突,造成能量的浪费,而后者可以很好的地避免冲突,但是可扩展性较差。本文在对现有MAC协议进行深入研究的基础上提出一种新的混合型MAC协议,有效的结合了基于竞争和基于调度的MAC协议的优点,并实现了两种工作模式的平滑过渡,减少了模式的转换带来的能量消耗。提出一种空闲帧的有效利用方式,较好地解决TDMA协议在网络流量较小时信道资源浪费的问题。新协议引入了跨层的设计思想,能够根据流量变化自适应地调整工作方式,在不同的网络负载下都能达到良好的性能。仿真结果表明,新协议在不同的流量状态下都表现出良好的性能,在能耗、吞吐量、时延性能方面与S-MAC和DEANA协议相比都有明显提高。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
符号说明  11-12
第一章绪论  12-14
  1.1 引言  12-13
  1.2 论文安排  13-14
第二章无线传感器网络概述  14-24
  2.1 无线传感器网络的概念  14-15
  2.2 无线传感器网络的体系结构  15-18
    2.2.1 传感器节点  15-17
    2.2.2 无线传感器网络结构  17
    2.2.3 无线传感器网络协议体系结构  17-18
  2.3 无线传感器网络的特点  18-20
    2.3.1 无线传感器网络与传统无线网络的区别  19-20
    2.3.2 无线传感器网络与Ad Hoc网络的区别  20
  2.4 无线传感器网络节点资源有限性  20-21
  2.5 无线传感器网络的应用  21-24
第三章无线传感器网络MAC层协议分析  24-42
  3.1 无线传感器网络MAC层协议的性能指标  24-26
  3.2 影响无线传感器网络能耗的主要因素  26-27
  3.3 现有MAC协议分类及概述  27-37
    3.3.1 MAC协议的主要分类方法  27-28
    3.3.2 基于竞争的MAC协议  28-32
    3.3.3 基于时分复用的MAC协议  32-36
    3.3.4 混合型WSN MAC协议概述  36-37
  3.4 上述MAC协议的分析比较  37-38
  3.5 MAC协议改进方案分析  38-42
第四章一种新MAC协议的设计  42-57
  4.1 设计背景  42-43
  4.2 设计目标  43-44
  4.3 设计方案  44-50
    4.3.1. 帧结构  44-45
    4.3.2 节能策略  45-46
    4.3.3 预约自动续期机制  46-47
    4.3.4 流量自适应的平滑转换机制  47-48
    4.3.5 时隙分配策略  48-50
  4.4 仿真和结果  50-55
    4.4.1 NS2仿真器  50-52
    4.4.2 参数设置  52-53
    4.4.3 仿真结果分析  53-55
  4.5 本章小结  55-57
第五章结论与展望  57-58
  5.1 论文总结  57
  5.2 下一步工作  57-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
攻读硕士期间参与的工程项目和发表的论文  63-64
学位论文评阅及答辩情况表  64

基于流量自适应的无线传感器网络MAC协议研究

内容摘要

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