動態(tài)無線傳感器網絡MAC協議自適應通信環(huán)境研究.pdf

1、無線傳感器網絡是一種新型的、投入小、自組織的網絡系統(tǒng)。隨著通信技術、微電子技術、傳感器技術的進步,無線傳感器網絡發(fā)展迅猛,在理論研究和產業(yè)上都備受關注。它具有廣泛的應用前景,可用于軍事、醫(yī)療、環(huán)境檢測、災難救助、緊急搜索等方面。
　　介質訪問控制(MAC)協議決定了無線信道使用的方式,在傳感器節(jié)點之間分配有限的通信資源,成為無線傳感器網絡研究中的熱點。尤其對于能量受限、通信流量和網絡拓撲結構動態(tài)變化的動態(tài)無線傳感器網絡而言,設計并

2、實現一種節(jié)能高效的MAC協議至關重要。
　　本文首先介紹了無線傳感器網絡及其MAC協議的特點,對當前傳感器網絡MAC協議的研究進行了歸納總結,討論了MAC協議的設計重點和無線傳感器網絡的主要性能指標。然后對基于競爭的MAC協議進行了詳細介紹和分析。在此基礎上,針對實際應用中,動態(tài)網絡拓撲結構變化,負載流量不穩(wěn)定的事實,通過改進最具代表性的S-MAC協議,提出了一種新的適用于動態(tài)無線傳感器網絡的自適應MAC協議ACE-MAC。

3、>　　首先,本文在S-MAC的基礎上引入了動態(tài)競爭窗口思想,引用馬爾可夫(Markov)分析模型對退避的關鍵性能參數進行了理論分析,得出:在信道狀態(tài)變化時自適應地調整競爭窗口值,可以使系統(tǒng)有較好的能量效率和吞吐率。因此,本文利用時隙利用率來量化沖突程度,使節(jié)點可以判斷信道的擁塞程度,據此設計自適應網絡環(huán)境沖突概率的退避算法ACPB。實現協議自適應地改變競爭窗口,從而達到低流量下的快速接入和高流量下的低沖突。
　　其次,針對S-MA

4、C的固定占空比模式下的周期性休眠增加了通信時延,無法適應大流量通信環(huán)境,引入動態(tài)占空比自適應包排隊數量的調整機制。能夠在網絡流量大的狀況下對節(jié)點的占空比及時做出調整,利用一個工作周期傳送多個數據分組,從而可以減小時延,提高網絡的吞吐量,對高流量下節(jié)點隊列滿丟包問題也有所改善。
　　第三,針對動態(tài)傳感器網絡拓撲變化問題,提出動態(tài)網絡節(jié)點的自適應拓撲調整,使節(jié)點能夠定期更新鄰居節(jié)點信息,快速適應拓撲改變。
　　最后,完成動態(tài)無線