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摘 要:無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)被稱為全球未來(lái)的三大高科技產(chǎn)業(yè)之一，被廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、環(huán)保等方面。介質(zhì)訪問(wèn)控制(MAC)協(xié)議決定了無(wú)線通信信道的使用方式，所以設(shè)計(jì)良好的MAC協(xié)議以減少網(wǎng)絡(luò)的能量消耗和數(shù)據(jù)延遲成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)亟待解決的問(wèn)題。研究WSN的MAC協(xié)議要考慮到其能量效率問(wèn)題，采用周期性睡眠機(jī)制、自適應(yīng)偵聽(tīng)機(jī)制、串音避免機(jī)制和消息傳遞機(jī)制可使得傳感器媒體訪問(wèn)控制(S-MAC)協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)能耗和時(shí)延方面得到改進(jìn)，對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)出一種滿足各方面要求的MAC協(xié)議是不現(xiàn)實(shí)的，可針對(duì)不同應(yīng)用的要求，靈活采用不同的方式，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的協(xié)議。 S-MAC協(xié)議采用周期性偵聽(tīng)/睡眠機(jī)制來(lái)減少空間偵聽(tīng)的方式來(lái)減少能量的消耗。本文設(shè)計(jì)的協(xié)議在原有周期長(zhǎng)度不變的情況下，根據(jù)通信流量大小變化來(lái)改變活動(dòng)時(shí)間，以此減少能量的損耗。同時(shí)S-MAC協(xié)議采用BEB算法來(lái)避免節(jié)點(diǎn)發(fā)送沖突，然而該算法卻會(huì)導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)信道不公平現(xiàn)象，本文改進(jìn)后的算法對(duì)此進(jìn)行了改進(jìn)，使用了MILD算法，可以減少節(jié)點(diǎn)間不公平競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象。 本文在理論研究的基礎(chǔ)上再通過(guò)仿真平臺(tái)NS-2進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，在試驗(yàn)中我們同過(guò)對(duì)比前后的能耗變化和網(wǎng)絡(luò)的延遲性能，通過(guò)此對(duì)比，我們可以發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的協(xié)議算法具有良好的節(jié)能作用并在時(shí)延上也有不錯(cuò)的表現(xiàn)。 關(guān)鍵詞 ：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)；節(jié)能MAC協(xié)議；S-MAC
目錄 摘要 ABSTRACT 第1章 緒論-1 1.1 課題研究的背景和意義-1 1.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀-1 1.3 論文內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排-2 第2章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)介-5 2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷史-5 2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)-5 2.2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)-5 2.2.2 無(wú)線傳感器的節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)-6 2.2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的通信體系結(jié)構(gòu)-7 2.2.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)-8 第3章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗分析-11 3.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要技術(shù)-11 3.1.1 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇刂?11 3.1.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議-11 3.1.3 安全與加密技術(shù)-11 3.1.4 協(xié)同信號(hào)處理-12 3.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗分析-12 3.2.1 傳感器模塊-13 3.2.2 處理器模塊-13 3.2.3 無(wú)線通信模塊-13 第4章 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)S-MAC協(xié)議分析與改進(jìn)-15 4.1 MAC協(xié)議設(shè)計(jì)應(yīng)考慮因素及設(shè)計(jì)目標(biāo)-15 4.2 MAC協(xié)議造成能耗的因素-15 4.3 基于競(jìng)爭(zhēng)的MAC協(xié)議-16 4.4 S-MAC協(xié)議分析-17 4.5 S-MAC 協(xié)議用來(lái)減少能量消耗的主要機(jī)制-18 4.5.1 周期性偵聽(tīng)/睡眠-18 4.5.2 沖突避免-18 4.6 對(duì)S-MAC 協(xié)議的改進(jìn)-19 4.6.1 退避算法的設(shè)計(jì)-19 4.6.2 動(dòng)態(tài)調(diào)整活動(dòng)時(shí)間-21 第5章 協(xié)議改進(jìn)算法的仿真-23 5.1 仿真平臺(tái)NS-2簡(jiǎn)介-23 5.1.1 使用NS進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真的方法和一般過(guò)程-23 5.1.2 NS2的功能模塊-24 5.1.3 NS-2的軟件構(gòu)成-24 5.1.4 NS現(xiàn)有的仿真元素-24 5.2 改進(jìn)協(xié)議的的發(fā)送/接收過(guò)程-25 5.3 退避算法（MILD）的仿真-27 5.4.1 仿真實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)置-28 5.4.2 仿真能量測(cè)試-29 5.4.3 網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)的測(cè)試-29 5.5 本章總結(jié)-30 第6章 結(jié)論與展望-33 6.1 結(jié)論-33 6.2 不足之處及未來(lái)展望-33 致 謝-35 參考文獻(xiàn)-37 |
