低能耗及低時(shí)延目標(biāo)驅(qū)動(dòng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是集數(shù)據(jù)采集、處理和無線傳輸功能于一體的分布式、自組織綜合智能信息系統(tǒng),廣泛應(yīng)用于軍事、環(huán)境、醫(yī)療、交通、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。而資源嚴(yán)重受限、動(dòng)態(tài)性強(qiáng)、規(guī)模龐大等特點(diǎn),使得無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的底層支撐MAC協(xié)議成為了目前的研究熱點(diǎn)。本文基于 SMAC協(xié)議,研究了低能耗的E2SMAC協(xié)議、低時(shí)延的混合型LH-MAC協(xié)議。
　　SMAC屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)經(jīng)典的基于競爭的MAC協(xié)議,它首次提出的周期睡眠機(jī)制,極大地降低了網(wǎng)絡(luò)的能耗。但

2、SMAC包含的自適應(yīng)偵聽機(jī)制在降低睡眠延遲的同時(shí),引起了大量鄰居節(jié)點(diǎn)的空閑偵聽和竊聽,造成了嚴(yán)重的能量浪費(fèi)。本文針對自適應(yīng)偵聽機(jī)制存在的能耗問題提出了低能耗的E2SMAC,它利用串聽機(jī)制,僅使原鄰居區(qū)域內(nèi)的小部分節(jié)點(diǎn)喚醒激活,參與自適應(yīng)偵聽。理論分析表明,在保證自適應(yīng)偵聽功能的前提下平均可減少約60％的鄰居喚醒,有效延長了網(wǎng)絡(luò)的生存周期。
　　自適應(yīng)偵聽機(jī)制雖然有效降低了網(wǎng)絡(luò)的睡眠延遲,但依然無法滿足諸如災(zāi)害預(yù)警、醫(yī)療監(jiān)測等實(shí)時(shí)性

3、要求較高的應(yīng)用場合。針對這種實(shí)時(shí)性需求,本文提出了基于CSMA/CA和TDMA混合機(jī)制的低時(shí)延LH-MAC協(xié)議。LH-MAC協(xié)議將時(shí)間軸劃分為連續(xù)的超幀結(jié)構(gòu),一個(gè)超幀由競爭期、非競爭期以及更新維護(hù)期組成。競爭期采用基于競爭的接入方式完成非競爭期的時(shí)隙預(yù)約,非競爭期則采用TDMA接入方式傳輸數(shù)據(jù)消息。這種提前競爭預(yù)約的工作方式,使得在TDMA時(shí)段,位于轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的節(jié)點(diǎn)能夠依次先后喚醒,連續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),消除了網(wǎng)絡(luò)的睡眠延遲累積。同時(shí),為了提高