無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層時(shí)間調(diào)度機(jī)制研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是伴隨著微電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)以及嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展而產(chǎn)生的，它是由許多低成本、具有感知、通信和計(jì)算能力的微型傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成。節(jié)點(diǎn)之間可以通過無線自組織通信方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，節(jié)點(diǎn)搭載的各種傳感器能夠?qū)崟r(shí)感知節(jié)點(diǎn)分布區(qū)域內(nèi)的環(huán)境或是各種監(jiān)測(cè)對(duì)象信息，實(shí)現(xiàn)智能處理并把信息回傳給用戶。作為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧重要基礎(chǔ)架構(gòu)的介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control，簡稱MAC)協(xié)議負(fù)責(zé)為網(wǎng)

2、絡(luò)節(jié)點(diǎn)分配無線信道資源，決定著網(wǎng)絡(luò)中無線信道的使用方式，直接影響到節(jié)點(diǎn)能量的使用及網(wǎng)絡(luò)的整體性能。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的自身特點(diǎn)及其限制，傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)中基于競(jìng)爭的MAC協(xié)議，載波監(jiān)聽多路訪問協(xié)議發(fā)生沖突的概率很高會(huì)造成大量重傳及無效的數(shù)據(jù)幀，引起節(jié)點(diǎn)能量的浪費(fèi)，而基于固定分配機(jī)制的協(xié)議雖然達(dá)到了一定高效、公平的信道接入，但是FDMA和CDMA相關(guān)設(shè)備成本很高，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，TDMA對(duì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘同步要求很高。針對(duì)上述問題，本文基于對(duì)現(xiàn)有M

3、AC協(xié)議分析的基礎(chǔ)上，提出了一種基于Quorum System的MAC層協(xié)議改進(jìn)機(jī)制ADC(Adaptive Adjustment of Duty Cycle，簡稱ADC)，ADC機(jī)制通過增加相應(yīng)的算法改進(jìn)時(shí)間調(diào)度可以保證網(wǎng)絡(luò)在時(shí)鐘同步和異步的環(huán)境下都有較好的性能，并給出了理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本文研究內(nèi)容如下：
　　 (1)深入分析了無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，把現(xiàn)有的MAC協(xié)議做了一個(gè)分類，主要有基于競(jìng)爭的、基于調(diào)度的和混合的MAC

4、協(xié)議，并在計(jì)算能力、存儲(chǔ)能力、延時(shí)和應(yīng)用范圍等方面對(duì)協(xié)議做了比較。
　　 (2)在對(duì)MAC協(xié)議深入分析的基礎(chǔ)上，提出了一種可以提高無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議性能的ADC時(shí)間調(diào)度機(jī)制，該機(jī)制基于Quorum System設(shè)計(jì)，可以提高無線信道的利用率以及增加每個(gè)節(jié)點(diǎn)接入無線信道的公平性，并且可以保證任何一對(duì)鄰居節(jié)點(diǎn)即使在網(wǎng)絡(luò)時(shí)鐘異步的情況下至少有一個(gè)相同的活動(dòng)時(shí)隙。
　　 (3)通過理論推導(dǎo)分析了ADC機(jī)制的特性，并通過實(shí)際