高能效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)S-MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器節(jié)點(diǎn)能量有限且通常部署在環(huán)境特殊的廣闊區(qū)域中,因此節(jié)能是設(shè)計(jì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用首要考慮的問題。MAC協(xié)議決定節(jié)點(diǎn)接入信道的方式,直接控制節(jié)點(diǎn)能耗最多的通信模塊。因此設(shè)計(jì)高能效的MAC協(xié)議是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的主要研究方向之一。
　　本文介紹了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議、設(shè)計(jì)目標(biāo)、關(guān)鍵技術(shù),研究了基于競爭機(jī)制的經(jīng)典MAC協(xié)議S-MAC。在S-MAC協(xié)議中,節(jié)點(diǎn)只能在調(diào)度周期的偵聽時段競爭信道。這種固定的工作方式,可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)

2、延遲和高沖突。針對這個問題,本文將S-MAC協(xié)議中的一個調(diào)度周期拆分成多個小調(diào)度周期,拆分后的每一個小調(diào)度周期稱為微周期。節(jié)點(diǎn)根據(jù)剩余能量選擇微周期個數(shù),設(shè)定微周期狀態(tài),分散在各微周期內(nèi),以微周期為調(diào)度單位競爭信道。工作在相同微周期的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了微簇。這種分散工作的方法,能夠降低同一時刻節(jié)點(diǎn)間的信道競爭度,減少沖突概率,繼而降低節(jié)點(diǎn)能耗。同時節(jié)點(diǎn)可以在多個微周期內(nèi)傳輸數(shù)據(jù),以類TDMA的方式進(jìn)行工作,降低數(shù)據(jù)延遲。
　　在微周期的基

3、礎(chǔ)上,針對S-MAC協(xié)議中固定占空比不能較好地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量變化的問題,本文研究了流量自適應(yīng)調(diào)整微周期占空比機(jī)制。節(jié)點(diǎn)根據(jù)緩沖區(qū)隊(duì)列長度判斷網(wǎng)絡(luò)流量,當(dāng)節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)長度大于設(shè)定的閾值時,認(rèn)為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)流量較大,繼而擴(kuò)大每個微周期的占空比。通過這種調(diào)整占空比的方法來適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量的變化,能夠有效降低數(shù)據(jù)傳輸延遲,同時由于微周期的分散性,改變了其它自適應(yīng)占空比協(xié)議中,節(jié)點(diǎn)依然集中在偵聽時段競爭信道的工作方式,降低沖突概率。在流量自適應(yīng)的基礎(chǔ)上,本文

4、研究了兩種自適應(yīng)退避算法:F-BEB與CA-BEB。節(jié)點(diǎn)根據(jù)占空比和網(wǎng)絡(luò)流量,使用這兩種退避算法競爭信道。
　　結(jié)合微周期,流量自適應(yīng)占空比和自適應(yīng)退避算法,本文提出了一種S-MAC的改進(jìn)協(xié)議Micro Duty Adaptive-SMAC(MDA-SMAC)。對S-MAC協(xié)議和MDA-SMAC協(xié)議進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明,由于MDA-SMAC協(xié)議采用了微周期和流量自適應(yīng)機(jī)制,因此其在能耗、延遲、有效吞吐量等方面都優(yōu)于 S-MAC協(xié)