无线传感器网络低能耗协议研究与仿真

发布时间：2019-07-17 21:20

【摘要】：针对目前无线传感器网络MAC协议无法在事件驱动感知和周期性事件感知共存的复杂环境下应用的问题,提出一种能够在分簇网络中应用的自适应混合MAC协议TC2-MAC。在研究了MAC层能耗来源及节能策略的基础上,给出了TC2-MAC协议的时隙分配方法、时间同步策略和CSMA/CA竞争接入机制。
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图片说明： 1中的值，主要仿真参数如表1所示。表1主要仿真参数参数网络区域簇首与Sink之间的平均距离/m簇首与节点之间的平均距离/m工作频段/GHz帧开销/B最大数据帧长/B数据速率/(Kb/s)感知数据长度/B单位时隙长度/sRRNmax周期数据到达时间间隔λ1均值/s突发数据到达时间间隔λ2均值/s值200m×200m63.230.12.4612825040.00781259160，40，20，10，5，1，0.1，0.05，0.01当ch=5，λ2=10时，网络平均端到端时延和网络吞吐量随簇内节点数n的变化如图3所示。从图3中可以看出，在ch与λ2不变的情况下，在网络平均端到端时延特性方面，TC2MAC（DSSS）网络的时延随簇内节点数n的增加变化较平缓，而LEACHTDMA（DSSS）网络的时延随簇内节点数n的增加快速增加；在吞吐量性能方面，，由于TC2MAC（DSSS）的B组时隙使用了CSMA/CA竞争机制，在仿真条件下突发/超限数据的通信信道冲突概率很小，故TC2MAC（DSSS）的平均吞吐量比LEACHTDMA（DSSS）有微小下降。当n=24，λ2=10时，网络平均端到端时延和网络吞吐量随簇首数目ch的变化如图4所示。图3网络性能随簇内节点数变化曲线图4网络性能随簇首数变化曲线从图4中可以看出，在n与λ2不变的情况下，在网络平均端到端时延特性方面，两种协议的时延特性均不随簇首数ch的增加产生明显变化；在吞吐量性能方面，由于TC2MAC（DSSS）的B组时隙使用CSMA/CA竞争机制，在仿真条件下突发/超限数据的通信信道冲突概率很小，故TC2MAC（DSSS）的平均吞吐量比LEACHTDMA（DSSS）
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图片说明：第3期徐力，等：无线传感器网络低能耗协议研究与仿真当λ2<1s时，增长趋势开始变大，当λ2=0.01s时，LEACHTDMA（DSSS）协议的时延特性急剧恶化，而TC2MAC（DSSS）协议的时延特性对λ2的变化却不敏感。在吞吐量方面，当突发/超限数据到达时间间隔λ2增加到一定程度时，LEACHTDMA（DSSS）协议的吞吐性能优于TC2MAC（DSSS）的协议。图5网络性能随突发/超限数据到达时间间隔变化曲线综上分析有如下结论：（1）TC2MAC使用的二叉树时隙分割方法和时间同步策略，在保证网络周期性数据正常传输的前提下，能够实现突发/超限数据的实时性传送，也就支持了不同节点的差异性QoS需求。（2）在网络时延特性方面，TC2MAC（DSSS）协议能够良好地适应簇的数目、簇内节点数目和突发/超限数据业务流量的变化，同时其时延特性显著优于LEACHTDMA（DSSS）协议。（3）在网络吞吐量特性方面，在突发/超限数据流量较小的情况下，两种协议的性能基本持平，但当突发/超限数据流量增加到一定数量时，TC2MAC（DSSS）的平均吞吐量比LEACHTDMA（DSSS）有微小下降。通过以上仿真实验可以看出，提出的TC2MAC协议在基本不降低网络性能的前提下，解决了目前MAC协议存在的突发/超限数据实时性传送问题、异构传感器节点对传送信道使用的公平性问题及不同传感器节点的差异性QoS需求问题。5结论本文提出的适用于无线传感器网络的自适应混合MAC协议TC2MAC能够有效地解决目前无线传感器网络MAC协议中存在的问题。在对目前常用的无线传感器网络体系及能耗分析的基础上，?
【作者单位】：四川大学锦江学院实验中心;四川工商学院实验中心;
【基金】：四川省教育厅重点项目(自然科学):存储式随钻测斜仪研制(16ZA0424)
【分类号】：TN929.5;TP212.9

【参考文献】