事件驱动的无线传感器网络实时MAC协议研究

发布时间：2017-03-23 10:20

  本文关键词：事件驱动的无线传感器网络实时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(Wisreless Senasor Netwsorks,WSaNs)主要是由大我量廉我价的、微我小的,低功我率的传我感器节我点,以自组织和多跳的方式构成的无线网络组成,其中包括一个或多个计算中心。节点通过无线通信方式将采集、处理后的数据经由网络发送给观察者,被广泛应用在各方面,诸如:国防军事、环境监测、目标跟踪、反恐救灾、医疗卫生等等。其中很多应我用和人类的生我命安全密切相我关,因此对WSNs的实时性要求也越来越高。在无我线传我感器网我络体我系结我构中,媒介访我问控我制(mwedium accaess control,MaAC)协我议处于网络协议底层,控制着无线信道使用方式和节点共享网络媒体接入,负责为节点分配信道资源,决定着网络吞吐量、时延、生存寿命等性能,可见MAC协议是实现无线传感器网络实时性传输的基础。因此,本文设计并实现了一个动态的事件驱动无线传感器网络实时MAC协议DEDR-MAC(Dynamic Event-Driven Real-time MAC),主要工作包括:第一,本文提出了一种动态的事件驱动无线传感器网络实时MAC协议DEDR-MAC,该协议基于预约机制的思想,设计和实现了预约时隙分配算法和调度时隙动态调整算法。预约时隙分配算法根据当前网络的拓扑构建预约计划,用于节我点发我送预约请求,实现调度阶段时隙的预留,该算法构建的预约计划尽量让不冲突的传输能够并行发我送,减我少预约请求的传我输延时并且避我免了数据冲我突。调度时隙动态调整算法根据已有预约事件的信息,选择优先级最高的事件传输,有效降低了数据包的碰撞,动态调整调度阶段的时隙数目,减少节点的空闲监听时间,令空闲节点能够最大程度地处于睡眠状态,降低节点的能量消耗,保证了事件传输的实时性和完整性。第二,本文采用NS2对DEDR-MAC协议进行了模拟。在简单介绍了NS2的原理和实现机制后,结合事件驱动无线传感器网络的固有特性,从节点之间的传输公平性、实时性、吞吐量和能量有效性四个方面分析和评价了DEDR-MAC协议的性能,并和典型的无线传感器网络协议进行了性能对比。实验结果表明,DEDR-MAC协议支持优先事件传输、降低了传输延时、具有较好的节点公平性、在降低能耗的情况下改进了信道的利用效率。
【关键词】：信息物理融合系统 无线传感器网络 事件驱动 MAC协议 实时
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-14
• 1.1 研究的背景8-10
• 1.2 研究意义10-12
• 1.3 本文研究的内容12
• 1.4 本文结构12-14
• 第2章 无线传感器网络简介14-21
• 2.1 无线传感器网络概述14-17
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构14-15
• 2.1.2 传感器节点15-16
• 2.1.3 无线传感器网络通信协议栈16-17
• 2.2 无线传感器网络的特征17-19
• 2.2.1 传感器节点的特点17-18
• 2.2.2 传感器网络的特点18-19
• 2.3 无线传感器网络应用19-20
• 2.4 本章小结20-21
• 第3章 无线传感器网络MAC协议综述21-31
• 3.1 无线传感器网络MAC协议分类21-27
• 3.1.1 基于竞争的MAC协议21-23
• 3.1.2 基于调度的MAC协议23-25
• 3.1.3 混合MAC协议25-27
• 3.2 事件驱动无线传感器网络的特点27
• 3.3 事件驱动无线传感器网络的MAC协议设计原则27-30
• 3.3.1 节点传输公平性28
• 3.3.2 实时性28-29
• 3.3.3 吞吐量29
• 3.3.4 能量有效性29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 动态事件驱动的实时MAC协议31-43
• 4.1 现有事件驱动无线传感器网络MAC协议的局限性31-35
• 4.2 动态事件驱动的实时MAC协议35-37
• 4.2.1 网络模型35
• 4.2.2 动态事件驱动的实时MAC协议思想35-37
• 4.3 相关算法37-40
• 4.3.1 预约时隙分配算法37-38
• 4.3.2 调度时隙动态调整算法38-40
• 4.4 突发状况40-41
• 4.4.1 节点在请求周期之后检测到了新的事件40
• 4.4.2 网络负载过大40-41
• 4.5 相关数据包结构41-42
• 4.5.1 预约请求数据包41-42
• 4.5.2 事件数据包42
• 4.6 本章小结42-43
• 第5章 MAC协议的仿真实现43-53
• 5.1 仿真平台的选取43-47
• 5.1.1 现有仿真平台特点分析43-44
• 5.1.2 NS2仿真平台简介44-47
• 5.2 仿真环境与参数设置47
• 5.3 MAC协议性能分析47-52
• 5.3.1 节点传输公平性47-49
• 5.3.2 实时性49-51
• 5.3.3 吞吐量51
• 5.3.4 能量有效性51-52
• 5.4 本章小结52-53
• 第6章 总结与展望53-55
• 6.1 总结53-54
• 6.2 展望54-55
• 参考文献55-59
• 攻读硕士学位期间参与课题情况59-60
• 攻读硕士期间发表论文及软件著作权情况60-61
• 致谢61-62

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