面向可变负载的传感网MAC协议研究与系统设计

发布时间：2018-01-05 08:52

本文关键词：面向可变负载的传感网MAC协议研究与系统设计　出处：《浙江大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：无线传感器网络作为近年来提出的传感技术,由于其易于安装部署、维护成本低、支持移动通信等诸多优点,在国防军事、环境监测、工业控制等各种领域中得到了广泛应用,为搭建物理世界与信息世界的桥梁起到了关键作用,是21世纪重要新兴技术之一。介质访问控制协议(MAC协议)作为无线传感器网络协议栈的底层基础协议,主要负责带宽资源分配,对网络吞吐率、传输时延、能耗等指标有着重要影响。针对无线传感器网络中网络负载多变的场景,本文对MAC协议开展研究,并进行系统设计,主要贡献有以下3个方面:1.针对无线传感器网络可变负载问题,本文提出了一种负载自适应eQueue-MAC协议,以动态分配通信时槽的方式实现网络负载的自适应调度。各个传感节点会在数据帧中嵌入当前的MAC层数据缓存队列长度作为节点的负载状态信息,协调器节点提取该信息以获取传感节点的负载状态,并将调度信息通知传感节点,使有通信需求的节点能够利用专用的通信时槽来进行非竞争数据传输。实验结果验证了 eQueue-MAC协议在不同负载场景下具有良好的性能。2.针对单信道传输易受干扰影响的问题,本文提出了一种基于多信道和跳信道机制的mQueue-MAC协议,利用IEEE 802.15.4标准定义的16个信道进行高可靠数据传输。协议提出了一种信道选择机制,使得各个协调器节点能够在不同的信道上维护超帧并相互协调。采用跳信道机制,通过预先制定的信道列表和跳频序列,节点之间能够在各个信道之间跳转并进行数据传输,当数据传输失败时,重传将在其他信道进行。设计了信道黑名单机制,当某一信道多次发生数据传输失败后,在一段时间内禁用该信道通信。实验结果表明,协议能够在信道干扰影响下保持较低的时延和能耗,并对传输可靠性有着良好的保证。3.基于传感器网络硬件实验平台,本文给出了所提出的MAC协议的实现方法,并搭建了完整的传感器网络数据收集软件系统。在服务器端实现了多个软件功能模块,以方便不同类型数据源的数据接入、处理和存储。考虑到一些常见的环境信号在变换域下具有稀疏性,引入压缩感知技术,在传感器节点端实现了轻量级压缩采样中间层,使节点能够以低计算开销对信号进行随机降采样,在数据接收服务器端实现了压缩感知处理引擎,对降采样测量值利用压缩感知重构算法进行原始信号恢复。实验结果表明,该系统能够高效完成数据收集工作,结合压缩感知技术能有效提高稀疏信号的传输效率。
[Abstract]:The wireless sensor network is widely used in various fields , such as defense military , environment monitoring and industrial control , and it is one of the important emerging technologies in the 21st century . and the transmission efficiency of the sparse signal can be effectively improved by combining the compression sensing technology .

【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP212.9;TN929.5

【参考文献】