无线传感器网络中基于预期信标帧的MAC协议研究

发布时间：2017-03-27 15:02

  本文关键词：无线传感器网络中基于预期信标帧的MAC协议研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络是由部署在目标区域内的大量廉价微型传感器节点组成,通过无线通信的方式形成的一个多跳自组织网络,主要应用于对目标区域的监测。介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,负责为节点分配无线通信资源。MAC协议直接影响网络的整体性能,因此是无线传感器网络的一个重要研究内容。无线传感器网络中MAC协议的首要问题是节能,因此,通常采用低能耗的占空比工作模式。节点在占空比模式下有两个状态:活动和休眠。在PW-MAC中接收方通过发送信标帧的方式广播自身的工作状态,节点在发送数据前能够预测对方的信标帧,极大的降低了节点的占空比。本文首先对基于预期信标帧模式的PW-MAC协议的工作原理进行详细分析,并在TinyOS操作系统中基于MLA架构设计与实现PW-MAC协议。针对PW-MAC在批量数据传输时耗能大的问题,提出改进的PW-MAC协议BDPW-MAC。BDPW-MAC协议通过在批量数据传输前使用信道预约机制,有效避免了数据包碰撞问题、节点竞争时空闲监听导致的能耗问题及数据退避造成的网络延迟问题。仿真结果表明,BDPW-MAC协议在网络能耗、数据汇聚完成时间、投递率三方面的性能都优于PW-MAC协议。进一步考虑到网络拓扑与无线链路质量会受到环境等因素的影响,导致通信质量下降,而邻节点发现及链路质量估计在保证通信链路的稳定方面有非常重要的作用。本文利用BDPW-MAC中的广播信标帧,实现了邻节点发现机制以及链路质量估计机制,使之成为具有MAC、邻节点发现与链路质量估计功能的协议即BDPW-MNL。仿真结果表明,BDPW-MNL协议在网络能耗、数据汇聚完成时间、投递率三方面的性能都优于PW-MAC协议。
【关键词】：无线传感器网络 MAC协议 占空比 信标帧 PW-MAC协议 MLA
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 符号对照表10-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 本文研究背景15-17
• 1.1.1 无线传感器网络的结构15
• 1.1.2 无线传感器网络的特点15-16
• 1.1.3 无线传感器网络的应用16
• 1.1.4 无线传感器网络的操作系统和编程语言16-17
• 1.2 本文研究内容及意义17-19
• 1.3 论文结构安排19-21
• 第二章 无线传感器网络MAC协议21-27
• 2.1 无线传感器网络MAC协议的分类21-23
• 2.1.1 基于调度的MAC协议21
• 2.1.2 基于竞争类的MAC协议21-23
• 2.1.3 基于调度与竞争结合的MAC协议23
• 2.2 无线传感器网络MAC协议设计面临的问题23-24
• 2.3 无线传感器网络MAC协议的耗能因素24-27
• 第三章 PW-MAC协议的设计实现与改进27-57
• 3.1 PW-MAC协议详细分析27-30
• 3.1.1 醒来时间预测机制27-29
• 3.1.2 重传机制29-30
• 3.1.3 预测误差纠正机制30
• 3.2 基于MLA架构的PW-MAC协议设计与实现30-39
• 3.2.1 MLA架构30-31
• 3.2.2 基于MLA架构的PW-MAC协议详细设计31-39
• 3.3 BDPW-MAC协议39-46
• 3.3.1 协议能耗分析39-42
• 3.3.2 信道预约机制42
• 3.3.3 批量数据传输设计42-46
• 3.4 BDPW-MAC网络仿真和结果分析46-57
• 3.4.1 TOSSIM仿真器简介47
• 3.4.2 BDPW-MAC协议实例47-51
• 3.4.3 BDPW-MAC协议仿真分析51-57
• 第四章 BDPW-MNL协议57-73
• 4.1 BDPW-MNL协议概述57-58
• 4.1.1 邻节点发现的重要性57
• 4.1.2 链路质量估计的重要性57-58
• 4.2 BDPW-MNL协议中的邻节点发现设计58-62
• 4.2.1 NDB功能描述58-59
• 4.2.2 NDB信息格式设计59-60
• 4.2.3 NDB变周期监听机制60
• 4.2.4 NDB算法中的状态转移60-62
• 4.3 BDPW-MNL协议中的链路质量估计设计62-67
• 4.3.1 LEB功能描述63
• 4.3.2 LEB设计63-65
• 4.3.3 LEB算法65-67
• 4.4 BDPW-MNL协议网络仿真与结果分析67-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 总结73-74
• 5.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-81
• 作者简介81-82

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