无线传感器网络节能MAC协议研究与实现

【摘要】：无线传感器网络(wireless sensor network，WSN)是由部署在检测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。由于传感器节点通常由电池供电，且本身不能自动补充能量或能量补充不足，因此无线传感器网络的首要设计目标是能源的高效使用。本文以十一五期间国家发改委CNGI研究开发／产业化和试验／应用示范项目——“IPv6无线传感器网络节点”为基础，围绕无线传感器网络节能MAC协议设计展开。 1、深入研究无线传感器网络竞争式MAC协议的能耗因素，总结节能MAC协议的关键技术问题，包括休眠机制、冲突避免和退避机制等。 2、在分析无线传感器网络主要业务特性的基础上，提出了一种利用路由信息的无线传感器网络节能MAC协议——R-MAC，它通过节点周期休眠和简化握手的局部中心控制方式，减小空闲监听和碰撞造成的能量损耗。仿真结果表明R-MAC与现有S-MAC协议及IEEE802.11DCF相比，具有更好的节能效果。 3、根据项目实现要求，深入分析：不同MAC控制机制对于协议能量有效性的影响，论证引入休眠机制的简单有效节能MAC协议在IPv6无线传感器网络节点上的具体实现方案，并在自主设计的IPv6无线传感器网络节点硬件平台上，实现了该节能MAC协议，完成了对协议的测试，目前加载在MAC层之上的应用程序均可以正常运行。 4、进一步研究引入休眠造成的碰撞概率急剧增大的问题，提出了改进方案，即由接收节点首先竞争接收信道，进而减小节点发送数据分组时的碰撞概率。仿真结果证明了方案的有效性。 【关键词】：无线传感器网络 节能MAC协议 休眠机制 碰撞
【学位授予单位】：解放军信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目次6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 无线传感器网络概述11-13
• 1.1.1 无线传感器网络结构11-12
• 1.1.2 传感器节点结构12
• 1.1.3 无线传感器网络的特点12
• 1.1.4 无线传感器网络设计的关键问题12-13
• 1.1.5 无线传感器网络 MAC协议设计要求13
• 1.2 无线传感器网络节能 MAC协议概述13-20
• 1.2.1 MAC层能量浪费因素13-14
• 1.2.2 无线传感器网络节能 MAC协议的关键技术14-20
• 1.3 课题背景和论文的主要工作20-22
• 第二章 利用路由信息的节能 MAC协议──R-MAC22-32
• 2.1 R-MAC设计背景22-23
• 2.2 R-MAC设计23-29
• 2.2.1 虚拟群的维护和管理23-24
• 2.2.2 群内通信24-26
• 2.2.3 群间干扰26-28
• 2.2.4 周期休眠28-29
• 2.3 仿真与结果分析29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 节能 MAC协议在 IPv6无线传感器网络节点上的实现32-58
• 3.1 节能 MAC协议方案论证32-39
• 3.1.1 握手机制32-35
• 3.1.2 休眠机制35-38
• 3.1.3 小结38-39
• 3.2 节能 MAC协议实现39-48
• 3.2.1 TinyOS系统简介39-40
• 3.2.2 通信协议栈设计40-42
• 3.2.3 MAC层模块实现42-48
• 3.2.4 小结48
• 3.3 IPv6无线传感器网络节点硬件平台上测试节能 MAC协议48-57
• 3.3.1 测试方案49-50
• 3.3.2 休眠同步建立及维护过程50-53
• 3.3.3 周期休眠过程53
• 3.3.4 数据通信过程53-57
• 3.3.5 小结57
• 3.4 本章小结57-58
• 第四章 进一步研究与展望58-62
• 4.1 解决周期休眠机制下碰撞概率增大的方案58-61
• 4.1.1 碰撞概率分析58-59
• 4.1.2 解决方案59-60
• 4.1.3 节能分析60-61
• 4.2 总结与展望61-62
• 结束语62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-66
• 作者在学期间取得的学术成果66

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