面向可变负载的无线传感器网络低能耗MAC协议研究与设计

发布时间：2022-01-15 20:50

　　无线传感器网络的媒体访问控制负责传感器节点分配无线通信信道的使用方式,实现对通信资源的高效分配,对无线传感器网络各方面性能十分重要。在实际应用中,MAC协议在设计上存在两点主要的挑战:1)网络中的传感器节点具有有限能量且多被部署在复杂环境中,当某个或多个节点能量消耗殆尽,将无法维持数据收发任务,从而对网络整体性能造成影响;2)随着网络工作的进行,某一时刻负载量可能出现增多或减少变化,如节点耗尽能量出现突然死亡造成拓扑结构变动或由外界触发了突发事件等都将对网络负载造成影响。节点组成模块中耗能最多的就是射频模块,射频模块受MAC协议控制,因此设计一个自适应可变负载且低能耗的无线传感器网络MAC协议是十分必要的。本文综合考虑能耗性、与网络中负载可变的特点,对MAC协议进行研究与改进,主要分为三个研究内容:1)对WSN中现有的MAC协议进行调研与分析,引出自适应与低能耗MAC协议设计上的相关性能需求与挑战;2)在RI-MAC协议的基础上,对该协议采用的二进制指数退避机制的缺点进行改进,本文提出一种基于自适应退避机制的BA-MAC协议,协议中采用基于BPCRB算法的退避机制,通过引入数据传输成功... 

【文章来源】：广东工业大学广东省

【文章页数】：95 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

OSI协议和TCP/IP协议的对应关系

比如图 3-10 所示。其中横轴坐标轴的发送数据包时间间隔数值的此时的一个实际负载量的变化。不管是 RI-MAC 协议还是改进的送数据包时间间隔越长，两种 MAC 协议的整体能量效率也相应结果主要是由于网络中的负载量随着发送数据包时间间隔的增大当发送数据包时间间隔在增大到 1.6s 之前，BA-MAC 协议的能量 协议之间的差距相比之下较大，这是因为在网络负载量相对较大生数据冲突，改进后的 BA-MAC 协议在处理数据冲突时可以根地增大或减小竞争窗口值的大小，降低了数据传输竞争的激烈程得以减少，使节点不需要消耗额外的能量去进行数据重传操作，能量消耗，具有更高的能量效率；而发送数据包时间间隔增大到 1的差距相差不大，因为此时的网络负载量也越来越少，使得基于 退避机制与 BEB 退避机制相差不大。整体上明显可以看出，改进拥有更高的能量效率，在能耗性能上表现更好。

广东工业大学硕士学位论文发生数据传输碰撞现象，当越来越多的数据无法及时被传输出去的平均传输时延就会越来越大。从图 3-11 关于时延对比图可以看出在网络负载量较大时对数据传输的速率明显比 RI-MAC 协议更高时候，又可以通过减小竞争窗口值来缩短节点等待重传的时间，加高效。RI-MAC 协议采用 BEB 退避机制进行数据退避与重传，B一个 “断裂式”特点 ，当数据重传次数超过最大的阈值时，会设为最小值，并重新启动退避机制进行数据重传，这种退避机制动态变化的无线传感器网络，时延性能很差。

【参考文献】：
期刊论文
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博士论文
[1]无线传感网MAC层关键技术研究[D]. 类春阳.北京邮电大学 2016
[2]无线传感器网络组网关键技术研究[D]. 刘强.电子科技大学 2012
[3]无线传感器网络功率控制与分簇路由算法研究[D]. 刘新华.武汉理工大学 2010

硕士论文
[1]中高速传感器网络高能效异步竞争型MAC协议研究与设计[D]. 张园园.广东工业大学 2013



本文编号：3591299