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无线传感器网络MAC协议的研究

作　者: 严谨
导　师: 李平
学　校: 长沙理工大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线传感器网络 MAC协议功率控制算法能量有效
分类号: TN915.04
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 12次
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内容摘要

无线传感器网络是一种由数量庞大的微型传感器节点构成的网络系统,这项技术逐渐成为各个国家科研机构的重点研究对象。该技术具有十分广阔的应用前景,有权威杂志和媒体就评价它的出现被认为是改变未来生活方式的、高科技领域的10大前沿技术之一。介质访问控制协议(MAC)一直以来都是无线传感器网络的研究热点领域之一。因为MAC协议是无线传感器网络的支撑协议,该协议除了对随机分布的节点建立数据通信链路外,还有一个最重要的功能,就是如何控制节点对共享通信介质的访问。由于无线传感器网络和传统无线网络存在巨大的差别,因此不可能将现有无线网络的MAC协议直接应用在传感器网络上,要根据传感器网络的自身特点来设计新的MAC协议。针对无线传感器网络中的能耗和吞吐量问题,本文提出了一种新的能量有效的改进MAC协议,改进协议在原SMAC协议的基础上引入功率控制策略。节点通过功率控制算法在每个节点所保存的功率等级表中动态地选择合适的功率值作为其发射功率,不仅减少了节点的能耗,而其还能降低节点影响的范围,从而避免了隐终端问题。仿真结果表明,与SMAC协议相比,改进协议能提高网络的吞吐量,节省了网络能量。在论文的最后,对本文所做的工作进行了总结,并对无线传感器网络的研究做了展望,通过对现有的无线传感器网络MAC协议的分析,提出了一些需要改进的地方。可以预见的是,功率控制机制在无线传感器网络中应用将会越来越广,尤其是从整体上达到了节约能量消耗的目的,在不远的未来一定会得到充分应用。

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摘要 5-6ABSTRACT 6-10第一章绪论 10-13 1.1 本课题研究背景 10-11 1.2 本课题的研究意义 11-12 1.3 论文的组织结构 12-13第二章无线传感器网络概述 13-19 2.1 无线传感器网络简介 13 2.2 无线传感器网络特点 13-14 2.3 无线传感器网络的体系结构 14-16 2.4 无线传感器网络的应用领域 16-17 2.5 无线传感器网络的研究热点 17-18 2.6 本章小结 18-19第三章无线传感器网络 MAC 协议 19-28 3.1 MAC 协议简介 19-20 3.2 影响 MAC 协议性能的主要因素 20-22 3.3 无线传感器网络 MAC 协议分类 22-27 3.3.1 基于竞争方式的 MAC 层协议 22-25 3.3.2 基于时分复用的 MAC 层协议 25-26 3.3.3 基于竞争和时分复用的混合 MAC 协议 26-27 3.4 本章小结 27-28第四章一种能量有效的传感器网络 MAC 协议 28-41 4.1 引言 28-29 4.2 功率控制理论基础 29-33 4.2.1 传感器网络功率控制技术分析 29-30 4.2.2 典型的功率控制协议分类 30-31 4.2.3 功率控制对系统的影响 31-33 4.3 问题提出 33-34 4.4 PCDP MAC 协议设计 34-40 4.4.1 节点之间虚拟簇的建立 34 4.4.2 功率等级表 34-35 4.4.3 基于随机退避机制的消息发送 35-36 4.4.4 节点发射功率控制算法 36-38 4.4.5 节点间信息发送详细流程 38-40 4.5 本章小结 40-41第五章仿真与分析 41-50 5.1 协议仿真 41-45 5.1.1 仿真工具简介 41-43 5.1.2 WSN 网路在 NS2 中的网络模型假设条件 43 5.1.3 MAC 层协议代码在 NS2 中的编写 43-44 5.1.4 NS2 仿真的基本流程 44-45 5.2 仿真结果及其分析 45-49 5.2.1 节点随机分布状态仿真和结果分析 45-47 5.2.2 节点线性分布状态仿真和结果分析 47-49 5.3 本章小结 49-50第六章总结与展望 50-52 6.1 研究总结 50 6.2 研究展望 50-52参考文献 52-56致谢 56-57附录 A（攻读硕士学位期间发表录用论文） 57-58附录 B（缩略语表） 58-59摘要 59-63ABSTRACT 63-67

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