WSN中流量自適應(yīng)的跨層MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究中,MAC層處于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的底層部分,控制信道分配,對網(wǎng)絡(luò)性能有很大影響。針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)特點,MAC層的設(shè)計需要盡可能降低網(wǎng)絡(luò)能耗,同時兼顧時延和吞吐量。另外,傳統(tǒng)的嚴格分層設(shè)計方法不能很好的適應(yīng)無線通信的特點,不能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源實現(xiàn)最優(yōu)性能。近年來無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的跨層優(yōu)化設(shè)計成為新的研究方向,很多研究者提出利用層間信息交互設(shè)計通信協(xié)議。本文從無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層以及跨層優(yōu)化角度出發(fā)進行了研究。
　　首先概

2、述了現(xiàn)有無線傳感器網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議和MAC協(xié)議,然后分析MAC層中相關(guān)技術(shù)并總結(jié)跨層設(shè)計的方法。針對SMAC協(xié)議缺點加以改進,提出了EA-MAC協(xié)議。該協(xié)議在原有算法基礎(chǔ)上,添加節(jié)點的相關(guān)性分析算法和流量自適應(yīng)的占空比機制,并在已有的流量自適應(yīng)退避機制上引入剩余能量概念。節(jié)點相關(guān)性算法中,通過計算節(jié)點采集信息相關(guān)性,采用“分簇”機制,對節(jié)點劃分區(qū)域,并在區(qū)域中選擇代表節(jié)點傳輸本區(qū)域的數(shù)據(jù)。算法有效減少了競爭信道并傳輸重復數(shù)據(jù)的冗余節(jié)點。流量

3、自適應(yīng)占空比機制中,根據(jù)模型預測的流量值與設(shè)定閾值大小進行比較,動態(tài)改變占空比,減少節(jié)點空閑偵聽。退避機制中,根據(jù)節(jié)點的剩余能量和預測流量值調(diào)整競爭窗口的大小以及退避時間的長短,從而在網(wǎng)絡(luò)流量大時,非均勻分布的長時間退避可以避免數(shù)據(jù)碰撞的產(chǎn)生;剩余能量多的節(jié)點退避時間短,能夠優(yōu)先接入信道,均衡了全網(wǎng)的能量消耗,延長了網(wǎng)絡(luò)的有效運作時間。仿真證明在流量動態(tài)變化的網(wǎng)絡(luò)中,EA-MAC協(xié)議比SMAC協(xié)議有更好的吞吐量和時延。
　　在EA

4、-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上,結(jié)合跨層優(yōu)化設(shè)計,本文提出了基于能量感知的EACL協(xié)議。在路徑建立時,綜合考慮節(jié)點到匯點的通信代價期望值以及節(jié)點剩余能量建立路由表。節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)時,網(wǎng)絡(luò)層通過接口函數(shù)調(diào)用物理層參數(shù)并計算最優(yōu)發(fā)送功率值。MAC層共享網(wǎng)絡(luò)層的路由信息,通過在CTS幀添加下一跳節(jié)點字段,使得無關(guān)節(jié)點提前進入睡眠,避免空閑偵聽能耗,減少數(shù)據(jù)沖突。仿真證明,網(wǎng)絡(luò)流量變化時,EACL協(xié)議有更好的時延性能,在網(wǎng)絡(luò)流量固定時,接收相同數(shù)目的數(shù)據(jù)包