無線多媒體傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議研究與仿真.pdf

1、日益流行的無線傳感器網(wǎng)絡技術與多媒體新應用需求的結(jié)合促使了無線多媒體傳感器網(wǎng)絡（Wireless Multimedia Sensor Networks，WMSNs）技術的產(chǎn)生。無線多媒體傳感器網(wǎng)絡技術在給人們提供豐富媒體信息帶來感官享受的同時也給媒體接入控制（Medium Access Control，MAC）協(xié)議設計帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)，如低時延、低能耗、高吞吐量等。
　　本文首先介紹了無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的研究現(xiàn)狀、網(wǎng)絡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、

2、關鍵技術及其應用前景，然后分析了無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的MAC關鍵技術。雖然現(xiàn)有的適用于無線傳感器網(wǎng)絡MAC協(xié)議應用到無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中存在諸多局限，但是對其進行針對性的改進后可以應用于無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的某些應用場景中。無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的發(fā)展方向分為區(qū)分服務MAC協(xié)議、混合型MAC協(xié)議和跨層設計的MAC協(xié)議。
　　傳感器網(wǎng)絡是面向應用的網(wǎng)絡，大多數(shù)無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中除了存在實時性敏感的多媒體業(yè)務流之外仍存在其它非實時

3、性業(yè)務流。當實際應用中網(wǎng)絡突發(fā)視頻、音頻流量不大時，應用基于競爭的MAC協(xié)議，仍能較好的處理應用要求。
　　S-MAC協(xié)議是經(jīng)典的基于競爭的MAC協(xié)議。本文詳細分析了S-MAC協(xié)議使用的策略：周期性監(jiān)聽/睡眠調(diào)度機制，讓傳感器節(jié)點長時間地處于睡眠狀態(tài)來降低節(jié)點能量的消耗；對監(jiān)聽/睡眠調(diào)度周期進行管理和維護，將相鄰節(jié)點組織在一起形成虛擬簇，相同虛擬簇中節(jié)點具有同步的調(diào)度周期，從而減少了空閑監(jiān)聽帶來的能量消耗；通過自適應監(jiān)聽機制，讓相

4、關節(jié)點在數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束的時刻自適應地喚醒并轉(zhuǎn)發(fā)消息，減少了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的傳輸時延。S-MAC協(xié)議的這些機制盡可能節(jié)省了節(jié)點能量。但是無線多媒體傳感器網(wǎng)絡中多媒體信息的數(shù)據(jù)量大，并且對信息的傳輸和處理又有著特殊的要求，如對網(wǎng)絡服務質(zhì)量（QoS，Quality of Service）的特殊要求，使S-MAC協(xié)議應用到無線多媒體傳感器網(wǎng)絡存在一定的局限性。
　　本文結(jié)合無線多媒體傳感器網(wǎng)絡的特點，從保障網(wǎng)絡QoS和提高網(wǎng)絡性能出發(fā)，對S-

5、MAC協(xié)議進行改進。本文提出了自適應競爭窗口調(diào)整算法（ACWA-MAC，Adaptive Contention Window Adjustment in MAC）和基于數(shù)據(jù)類型的自適應占空比調(diào)整算法（DTD-MAC，Data Type based Design of MAC）。ACWA-MAC中協(xié)議競爭窗口大小根據(jù)網(wǎng)絡負載不同而變化。DTD-MAC統(tǒng)計數(shù)據(jù)分組發(fā)送的失敗率來預測網(wǎng)絡主要的數(shù)據(jù)流類型，從而調(diào)整占空比來適應網(wǎng)絡內(nèi)數(shù)據(jù)流類型的