高可靠无线传感器网络异步广播MAC协议的设计

发布时间：2017-06-26 01:14

  本文关键词：高可靠无线传感器网络异步广播MAC协议的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络(WSN)是由部署在监测区域内的大量节点通过无线传输形成的多跳自组织网络,用来采集、处理和传输感知信息。WSN的可靠性依赖于节点的可靠性,负载不均衡导致部分节点能量迅速耗竭,使得部分节点提前死亡,导致传感器网络的可靠性大大降低。尤其是在广播模式下,异步低占空比带来的节点唤醒不同步,引起广播的冗余传输,能耗较高。高效多跳异步广播协议(EMBA)是为了使异步占空比WSN支持多跳广播而提出的广播协议。本论文在分析了异步WSN广播的特点及EMBA协议不足的基础上,设计了旨在减少广播转发比和平衡网络负载的广播协议(HR-MM),协议基于接收到的唤醒消息的内容动态地调度消息转发,同时采用剩余节点能量感知和链路质量的加权值作为转发选择的依据,将消息序列号嵌入到广播消息中,每个节点根据广播消息的序列号记录广播进度,并判定是否转发广播消息,一定程度上降低了广播转发的比例和跳数,并且延长了网络的寿命,降低了节点的平均能耗,提高了网络的可靠性。论文将HR-MM协议在NS2平台进行测试,并与高性能的EMBA协议进行比较。测试结果显示：在网络规模不断增加时,HR-MM协议提升了不少于17.3%的网络寿命,同时降低了8.6%的广播转发比；在占空比不断变低时,HR-MM协议提升了不少于19.4%的网络寿命,同时降低了9.8%的广播转发比,满足设计指标。本文设计的改进型广播协议适用异步占空比无线传感网络,具有一定的工程应用价值。
【关键词】：无线传感器网络 异步 占空比 广播 NS2仿真平台
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN915.04
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 论文的背景与研究意义10-12
• 1.1.1 WSN的特征11-12
• 1.1.2 WSN的协议栈12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.3 研究内容和设计指标15-17
• 1.3.1 研究内容15-16
• 1.3.2 设计指标16-17
• 1.4 论文的主要内容与结构17-18
• 第二章 无线传感器网络MAC协议的研究概述18-30
• 2.1 无线传感器网络的体系结构和研究内容18-22
• 2.1.1 WSN的网络架构18-20
• 2.1.2 WSN的节点架构20
• 2.1.3 WSN的研究内容20-22
• 2.2 WSN MAC协议研究的关键技术22-27
• 2.2.1 同步MAC技术22-24
• 2.2.2 异步MAC技术24-27
• 2.3 异步占空比网络广播协议存在的问题27-28
• 2.4 本章小结28-30
• 第三章 改进型高可靠HR-MM广播协议的设计30-42
• 3.1 异步占空比条件下广播问题的分析30-31
• 3.2 现有广播协议及其分析31-35
• 3.2.1 泛洪和随机转发协议31-32
• 3.2.2 ADB协议32-33
• 3.2.3 EMBA协议33-34
• 3.2.4 现有协议所面临问题的分析34-35
• 3.3 改进型高可靠HR-MM广播协议的设计35-41
• 3.3.1 网络建模35
• 3.3.2 网络延迟和转发数的平衡算法35-39
• 3.3.3 对EMBA协议能量空洞问题的改进39-40
• 3.3.4 带有时延的转发40-41
• 3.3.5 调度表更换41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 HR-MM广播协议在NS2平台上的设计42-56
• 4.1 HR-MM协议的框架42-45
• 4.2 HR-MM协议的核心数据结构45-49
• 4.2.1 MAC帧结构45-47
• 4.2.2 创建邻节点集合和广播消息ID号47-48
• 4.2.3 Beacon帧结构48
• 4.2.4 MAC层状态以及状态机48-49
• 4.3 HR-MM协议实施方案49-54
• 4.3.1 Beacon消息的处理49-50
• 4.3.2 广播消息处理50-51
• 4.3.3 链路质量和剩余能量的平衡51-52
• 4.3.4 延迟转发机制52-54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 HR-MM广播协议的仿真以及结果分析56-64
• 5.1 无线网络Trace文件与AWK脚本56-57
• 5.1.1 Trace文件56-57
• 5.1.2 AWK脚本57
• 5.2 仿真参数的设置57-58
• 5.3 Mesh拓扑下协议性能分析58-63
• 5.3.1 对网络规模变化的可扩展性59-61
• 5.3.2 对占空比变化的适应性61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-66
• 6.1 总结64-65
• 6.2 展望65-66
• 致谢66-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的成果72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前9条

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本文编号：484259