面向能耗均衡的低占空比MAC协议研究与设计

发布时间：2017-08-18 18:14

  本文关键词：面向能耗均衡的低占空比MAC协议研究与设计

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【摘要】：近年来,无线传感器技术的发展迅猛,其在国防军事、工农业生产控制、市政监控等方面被广泛应用。但是,无线传感器节点的电池电量是限制无线传感器工作时长的一个重要瓶颈。因此,设计一种协议来优化无线传感器的能量消耗是一件非常重要的工作。同时,由于无线传感器节点的工作环境恶劣,节点一旦失效,网络中的无线传感器节点数量减少,网络的衰变时间就缩短,从而影响整个无线传感器网络的寿命。所以,优化网络中节点的失效速率,衰变时间也是很重要的。Leach协议也是一种基于TDMA的无线传感器网络协议,Leach协议通过选择每次网络传输中的簇头,使网络中的簇头不断变化,从而使网络中传输路径不断变化,改变了网络中的节点传输数据,由于传输路径固定而导致的传输数据负载不平衡。由于网络中的数据传输负载相较之前要更加均衡,所以网络的衰变率会减缓,无线传感器网络的节点失效速率下降,无线传感器网络的生存时间得到延长。低占空比协议是一种网络节点周期性休眠,降低没有数据传输时的空闲能量消耗的协议。目前针对低占空比协议的研究集中在“预言包”低占空比协议和TDMA低占空比协议两方面。但是,由于没有合适的节点能量损耗均衡方法,目前的研究中都没有如Leach协议中针对节点的能量均衡的一种低占空比协议。本文提出的TDL-MAC协议解决了这个问题(TDMA based Distributed Low Death Rate-Medium Access Control)。本文研究了一种MAC层的控制无线传感器网络能耗的协议低占空比协议,并与传统的MAC层低占空比进行比较。针对目前研究中,已经在低占空比协议中提出的L-MAC不能控制节点能耗均衡的问题,借鉴Leach协议节点能量均衡的思想,提出了一种新的节点能量损耗均衡的协议。在L-MAC协议的基础上对能量消耗也进行了优化,对节点数据发送碰撞避免算法进行了优化。其中能量损耗均衡的实现方式,是在路由层,节点发送路径的选择上,让节点根据自己的剩余能量进行发送路径上的节点选择,避免发送途经的能量过低节点承担过多的发送任务；碰撞避免算法,是通过使节点记录两跳邻居占用的时隙,避免了两跳邻居发送向同一个节点数据出现碰撞,从而可以有效提高一次性传输的成功率；对能耗的优化,则是通过让节点在发送的TDMA控制包中,加入目标地址,避免因为接收节点接收多余的数据包并丢弃消耗的能量。仿真实验结果表明TDL-MAC协议能有效减缓节点失效速度,同时降低节点能耗。相较同样基于TDMA的低占空比L-MAC协议,文中提出的协议增加的网络时间延迟也是可以容忍的。
【关键词】：无线传感器网络 Leach协议 MAC协议 低占空比
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-15
• 1.1 研究背景概述10-11
• 1.2 低占空比协议概述11
• 1.3 研究现状11-13
• 1.3.1 基于竞争的无线信道低占空比协议12-13
• 1.3.2 无线信道时分复用(TDMA)的低占空比协议13
• 1.3.3 其它方式13
• 1.4 本文组织13-15
• 第二章 低占空比协议和Leach协议概述15-26
• 2.1 无线传感器网络特点和设计15-16
• 2.2 无线传感器网络MAC协议设计重点16
• 2.3 802.15.4 MAC层协议实现16-18
• 2.4 低占空比协议原理18-24
• 2.4.1 “预言包”低占空比协议19-22
• 2.4.2 TDMA低占空比协议22-24
• 2.5 Leach协议原理及特点24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 第三章 TDL-MAC协议设计与实现26-34
• 3.1 TDL-MAC协议的提出26
• 3.2 TDL-MAC协议的原理26-28
• 3.3 TDL-MAC协议描述28-33
• 3.3.1 TDL-MAC协议的TDMA设计28-29
• 3.3.2 TDL-MAC协议的碰撞处理策略29-31
• 3.3.3 TDL-MAC的节点失效处理策略31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第四章 TDL-MAC协议仿真实验34-52
• 4.1 OMNET++简介34-36
• 4.2 仿真实现36-46
• 4.3 仿真实验结果46-51
• 4.3.1 能耗仿真实验结果46-50
• 4.3.2 节点失效速率仿真实验结果50
• 4.3.3 传输时延仿真实验结果50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第五章 结束语与展望52-54
• 5.1 全文总结52-53
• 5.2 研究展望53-54
• 参考文献54-58
• 致谢58-59
• 攻读学位期间发表的学术论文59-60
• 参加的科研项目60-61
• 学位论文评阅及答辩情况表61

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

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中国硕士学位论文全文数据库 前1条

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本文编号：696015