S-MAC協(xié)議在CC1010上的改進及實現(xiàn).pdf

1、無線傳感網(wǎng)絡(luò)是一種大規(guī)模、自組織、多跳、無基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)，由大量具備傳感、處理、存儲、通信能力的節(jié)點組成。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)被廣泛的應(yīng)用于軍事、工業(yè)控制、智能農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療護理等諸多領(lǐng)域。
　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中，節(jié)點一般采用電池供電，能量極其有限，要求節(jié)點具有較高的能量效率，需要采用低功耗設(shè)計技術(shù)。節(jié)點的低功耗設(shè)計可以從硬件和軟件兩個方面考慮：硬件設(shè)計需要考慮芯片的能耗參數(shù)，如芯片的工作電壓、時鐘頻率、工作模式等，以及對電路

2、設(shè)計的優(yōu)化，盡量減少非工作模塊的能量消耗；軟件設(shè)計需要綜合考慮各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、拓撲結(jié)構(gòu)、MAC協(xié)議、路由協(xié)議、傳輸協(xié)議等。介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議用于控制節(jié)點公平有效的共享有限的無線信道資源，對節(jié)點的性能有很大的影響。同時，MAC協(xié)議可通過控制無線收發(fā)機在不同工作模式下切換，減少節(jié)點空閑偵聽帶來的能耗，對整個節(jié)點實現(xiàn)低功耗具有重要的意義。當前國內(nèi)外已提出多種節(jié)能的MAC協(xié)議，其

3、中S-MAC協(xié)議是專門針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的一種低功耗MAC協(xié)議。
　　本文的主要任務(wù)一是設(shè)計出低功耗的傳感器硬件平臺；二是對S-MAC協(xié)議進行分析和改進，并最終在傳感器節(jié)點上實現(xiàn)。本文首先完成了傳感器節(jié)點CC1010各模塊的設(shè)計，包括處理器模塊、通信模塊、傳感器模塊、電源模塊、外圍模塊以及傳感器驅(qū)動的設(shè)計。然后對S-MAC協(xié)議的原理、載波偵聽機制、數(shù)據(jù)傳輸模型進行了詳細的分析，并對同步機制、自適應(yīng)偵聽機制、回退算法等方面作出改

4、進，為了進一步提高能量效率，本文在S-MAC協(xié)議基礎(chǔ)上增加了功率控制功能。最后在CC1010節(jié)點上完成了S-MAC協(xié)議的實現(xiàn)，實現(xiàn)的功能包括本地調(diào)度的建立、調(diào)度方式的全局同步、調(diào)度表和鄰居表的維護和更新、數(shù)據(jù)收發(fā)等，并設(shè)計了多個實驗對改進的S-MAC協(xié)議和CC1010系統(tǒng)進行測試。測試結(jié)果表明：S-MAC協(xié)議功能正常，改進的S-MAC協(xié)議能量效率大幅提高，節(jié)點平均壽命至少延長一倍；CC1010系統(tǒng)工作穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)性能良好，符合低功耗設(shè)計要