首页 > 学术论文

M2M网络中混合节能MAC算法的研究

来源:论文学术网
时间:2024-08-20 12:02:58
热度:

M2M网络中混合节能MAC算法的研究【摘要】:随着科学技术的发展,越来越多的设备具有了通信和连网能力,网络一切(Network Everything)逐步变为现实。在这样一种环境之

【摘要】:随着科学技术的发展,越来越多的设备具有了通信和连网能力,网络一切(Network Everything)逐步变为现实。在这样一种环境之下,机器到机器通信(Machine-to-Machine Communication, M2M)应运而生。M2M是一种通信理念,是通过机器之间建立连接并使得信息交流扩展到日常生活,是无人工干预的无线设备之间的通信。作为物联网的基本推动者,M2M发展迅速,预计在不久的将来,M2M设备的数量将非常大。 M2M网络部署的地理范围比传统的手机网络更为广泛,在单位面积内,M2M网络终端可能有“海量”的存在。M2M网络最大问题就是能量有限。在大多数情况下,节点设备是电池驱动的,频繁的更换电池或者充电将会非常昂贵。为了节约成本,降低能耗是必要的,这样电池的寿命可以增加,网络可以长时间的运行。在节点硬件结构中,无线收发功率占设备能耗的主要部分。MAC协议控制无线收发机制的行为,直接影响设备的能耗大小,MAC协议的能耗表现决定了节点的生存时间。因此,改进已有的算法,研究出节能的MAC算法很有意义。 首先,本文阐述了M2M通信网络的研究背景,研究现状,介绍了其作为接入技术在物联网中的应用。同时指出M2M面临的严重问题,在国内目前尚未形成统一的M2M技术标准规范。其次,详细介绍了一些在其它环境使用的节能MAC算法,对其技术特点,适应环境进行了分析比较。接着详细阐述三种基本协议的工作原理,对于不同算法的思想进行分析,总结对比各种经典算法的数据包延迟,能耗和系统吞吐量的性能,分析说明三种协议存在的优点和缺点。在上述研究的基础上,本文提出一种混合的MAC节能算法。这个算法的主要思想是,通过分簇的方案降低节点的传输功率,时隙以预约的方式分配避免碰撞,并引入睡眠机制降低空闲侦听的时间。经过MATLAB软件仿真实验证明,改进的算法降低了网络中大部分节点能量的消耗,实现了网络总能耗的降低,延长了网络的生命时间,而系统的延迟与吞吐量性能下降。最后,对本文的工作进行了总结与展望,指出了需要改进的部分和下一步的研究方向。算法的结构流程设计和实验结果对于算法在实际的应用有借鉴和指导价值。 【关键词】:M2M网络 MAC协议 节能算法
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TN915.04
【目录】:
  • 致谢5-6
  • 中文摘要6-7
  • ABSTRACT7-9
  • 目录9-11
  • 1 引言11-14
  • 1.1 论文的选题背景11-12
  • 1.2 论文的研究目标与方法12
  • 1.3 论文的研究场景12-13
  • 1.4 论文组织结构13-14
  • 2 背景知识14-30
  • 2.1 M2M基本知识14-17
  • 2.1.1 M2M应用环境14-15
  • 2.1.2 M2M研究背景15
  • 2.1.3 M2M技术的概念15-16
  • 2.1.4 M2M业务碰到的主要问题16
  • 2.1.5 M2M系统结构16-17
  • 2.2 MAC协议的功能17-19
  • 2.2.1 MAC层主要的功能18
  • 2.2.2 信息传输方式18-19
  • 2.2.3 MAC协议设计面临的问题19
  • 2.3 无线传感器网络19-27
  • 2.3.1 基于竞争的协议(Contention-based Protocols)20-25
  • 2.3.2 基于非竞争的协议(Contention-free Protocols)25-27
  • 2.4 IEEE 802.15.4e MAC协议27-28
  • 2.4.1 节点设备27-28
  • 2.4.2 拓扑与组网28
  • 2.5 低功耗Wi-Fi(Low-power Wi-Fi)28-29
  • 2.6 小结29-30
  • 3 MAC算法性能分析30-38
  • 3.1 算法性能指标30-33
  • 3.1.1 延迟31
  • 3.1.2 功耗31-33
  • 3.1.3 吞吐量33
  • 3.2 几种经典MAC算法的性能比较33-37
  • 3.2.1 Static TDMA协议33-34
  • 3.2.2 CSMA协议34-36
  • 3.2.3 Dynamic TDMA协议36-37
  • 3.3 小结37-38
  • 4 改进节能MAC算法38-45
  • 4.1 分簇(Clustering)38-41
  • 4.1.1 分簇大小40-41
  • 4.1.2 簇头选择41
  • 4.2 帧组成41-42
  • 4.3 CSMA协议的节能改进42-43
  • 4.4 改进节能协议的基本工作流程43-45
  • 5 算法仿真模拟45-55
  • 5.1 网络结构45
  • 5.2 信号模型45-46
  • 5.3 无线环境参数46-47
  • 5.4 仿真模块47-50
  • 5.4.1 数据发生器47-48
  • 5.4.2 静态TDMA48
  • 5.4.3 CSMA模块48-49
  • 5.4.4 动态TDMA模块49
  • 5.4.5 分簇模块49-50
  • 5.5 仿真结果50-55
  • 5.5.1 延迟分析50-52
  • 5.5.2 吞吐量分析52-53
  • 5.5.3 能耗分析53-55
  • 6 总结与展望55-57
  • 6.1 论文工作总结55-56
  • 6.2 展望56-57
  • 参考文献57-59
  • 附录 A59-60
  • 作者简历60-62
  • 学位论文数据集#@@


您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

M2M应用浅析    张云霞;田烨;

从M2M业务走向泛在网    王艺;诸瑾文;来勐;

无线传感器网络MAC层协议探究    曹自力;

无线传感器网络研究进展    崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽

无线传感器网络综述    马祖长,孙怡宁,梅涛

基于“基站”通信原理的无线传感器网络认证技术    叶青;周鸣争;

基于WSN的温室环境监测节点设计    岳青;张海辉;卢博友;

基于无线传感器网络的农田信息管理系统的研究    余华;吕宁波;

基于WSN的森林火灾预警系统设计    冯立波;黄婷;罗桂兰;

物联网在现代烟草农业中的应用    徐智勇;吴自友;蔡聪;胡鹏;夏幼明;袁凌云;全鹏;邓冉;

基于无线传感器网络的农田土壤水分监测系统    张增林;郁晓庆;

基于无线传感网络和LabVIEW的洱海水质监测系统设计    杨润标;左国超;李娟;丁运芳;简亚琼;

人体参数无线数据采集系统在电子智能服装中的实现    刘昊;

基于桥梁监控系统的无线传感器网络路由协议在NS2下的仿真    毕振颇;刘志勤;

基于CC2431的无线传感器网络    宋保业;刘衍钊;

物联网技术在环境监管能力建设中的应用研究    周大杰;朱玉霞;杜红;刘锐;

一种自适应实时无线传感器网络路由协议    魏振春;杨尚仁;

无线传感器网络在工业振动监测中的应用    赵志宏;杨绍普;潘存治;陈恩利;

面向电子智能服装的人体无线传感器网络构建    刘昊;

无线传感器网络路由协议安全性研究    李雄伟;杨义先;周希元;

一种基于生成树的无线传感器网络低能耗路由算法    周宇;高健飞;

无线传感器网络研究概述    彭刚;刘戎;王方年;孙广义;

物联网在环境保护工作中的应用初探    邢锋;

基于无线传感器网络的普适计算研究    龙昭华;李景中;蒋贵全;张林;

面向上层应用的传感网数据过滤方法    陈曦;冯瑞;张卫;

无线传感器网络部署与拓扑控制研究    王蕊

海洋监测传感器网络关键技术研究    罗汉江

水下传感器网络海上试验平台的研究与设计    周鹏

无线传感器网络中信息分发的可靠性研究    张书奎

基于无线传感器网络的目标跟踪系统中的算法研究    刘昕

基于直觉模糊集的多约束网络路由决策方法研究    窦亚玲

无线传感器网络农业信息监控系统设计与数据融合研究    蒋鼎国

能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究    高艺

多跳无线网络路由关键技术研究    陈伟

无线传感器网络移动组播QoS安全追踪算法研究    靳京

基于可信的无线传感器网络认证技术的研究    叶青

基于传感器网络的智能交通系统模型应用研究    纪江涛

面向结构健康监测的无线传感器网络的研究与设计    朱小锴

基于LEACH的WSN分簇路由协议研究    杨伟伟

无线传感器网络中基于能量的发散簇树算法研究    朱玉芳

基于Agent的无线传感器网络自律管理模型与应用    林相君

无线传感器网络密钥管理方案的研究    马宝英

IR-UWB无线传感器网络中基于TOA的定位算法研究    段玉杰

无线传感网络与环境信息采集技术研究    雷鸣

基于ZigBee的森林火灾监测系统的设计与实现    朱梅冬

基于SMAC的传感器网络MAC协议移动性支持研究    马嘉涛;徐玉斌;

一种用于快速跟踪系统的MAC方法    林都,曾建平,张永红

捆绑IP地址和MAC地址    曾庆辉;

改进MAC多安全策略组合方法的设计    邢昌元;

交换网络中的MAC地址欺骗    王民,过仕好,陈晓

MAC地址与IP地址绑定策略的剖析    毕洪山;杨锦程;

MAC地址与IP地址绑定策略的破解    吕光雷;邓林;

一种基于MaC的运行时验证框架的研究    许帅;隋平;

以太网中MAC地址的研究    乔森;

一种改进的基于MMAC协议的认知无线网络MAC协议    王挥;高刃;

基于MAC的数据库安全模型探讨    徐洁磐;柏文阳;

Hs-MAC:一种针对突发大规模接入的无线传感器网络MAC协议    林钟楷;程良伦;

无线局域网中MAC层阻塞攻击分析    余晟;

关于TP文件状态修改的实用MAC    李金伟;

具有模型不确定性的单值MAC鲁棒性分析(英文)    邹媛媛;刘晓华;

移动Ad Hoc网络MAC协议:FPRP和改进的FPRP    陈潇;余敬东;

以太网与控制网的MAC层仿真评估    李文;应启戛;

WLAN有效支持智能天线应用的MAC协议    李长乐;李建东;蔡雪莲;

两种靶控输注浓度瑞芬太尼对七氟醚MAC_(BAR)的影响    倪卫国;钟泰迪;

多跳无线网络MAC协议研究    杨双懋;郭伟;苏俭;

巧妙捆绑IP地址与MAC地址    MAC

亚马逊推Mac下载商店 正面挑战苹果独大格局    本报记者 王春超

用“MAC地址控制”管理局域网用户    棠棠

快速绑定动态IP和MAC地址    孙成

Mac电脑迎新版办公软件Office 2008本月推出    易文

苹果Mac机可能采用英特尔芯片    

苹果将推Mac应用商店 或改变PC厂商商业模式    本报记者 廖庆升

苹果Mac瞄准中国市场 库克借明星效应强化融合    本报记者 吴舒娴

快速批量绑定MAC地址和IP地址    河南 徐安峰

PC与MAC互连大全    江苏 缪红燕

信道自适应的交叉层MAC协议设计研究    习勇

基于Ad hoc网络的MAC协议的研究    岳然

基于环境认知的无线Mesh网络MAC协议的研究    黄联芬

无线分布式网络中基于能量的路由算法和MAC算法研究    刘月阳

无线网络MAC协议性能分析与改善    肖峻峰

移动Ad Hoc网络MAC协议研究    何敏

车载自组织网络下的MAC协议研究    郝帅

基于WAVE的车载自组织网络MAC协议研究    肖仪

基于混合天线模式的无线自组织网MAC协议的设计与实现    程明策

M-MAC:一种新型的无线传感器网络MAC协议    杨浩

基于SMAC的移动传感器网络低能耗MAC协议设计    秦朗

MAC改性沥青SMA在高等级公路罩面中的应用研究    李媛媛

无线局域网MAC层协作通信改进算法研究    张娜

基于多包接收的无线网络MAC协议研究    刘文平

WLAN中随机自适应MAC参数调节方法研究    Senate Sylvia Mafike

基于信道绑定的WLAN高效MAC协议研究    王红香