無線傳感器網(wǎng)絡(luò)快速數(shù)據(jù)收集MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議工作在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議底層，它決定了無線信道的分配和接入方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能有重要的影響，因而在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究中備受關(guān)注?，F(xiàn)有的大部分MAC協(xié)議，通常把能量有效性作為最主要的考慮因素，而把網(wǎng)絡(luò)的吞吐量、網(wǎng)絡(luò)的帶寬等性能指標(biāo)作為次要的考慮因素。隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，出現(xiàn)類似建筑物健康監(jiān)測(cè)、油氣泄露監(jiān)測(cè)這類應(yīng)用，要求無線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供高數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)收集服務(wù)。眾所周知，基于調(diào)度類的MAC協(xié)議更適合于高速率的數(shù)據(jù)收集

2、。然而現(xiàn)有的MAC協(xié)議面臨著帶寬利用不夠、信道和狀態(tài)轉(zhuǎn)換頻繁等問題，限制了數(shù)據(jù)收集速率的進(jìn)一步提升。
　　本文主要對(duì)低時(shí)延、高吞吐量的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的MAC協(xié)議進(jìn)行研究，在深入了解現(xiàn)有的經(jīng)典的MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上，指出影響無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收集速率的限制因素。本文提出兩個(gè)新的多信道介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議：MCF-MAC和 MCC-MAC，它們利用多信道和時(shí)分多址復(fù)用來進(jìn)一步消除節(jié)點(diǎn)間的干擾，從而提供無沖突的并行數(shù)據(jù)傳輸，降低網(wǎng)絡(luò)

3、的時(shí)延，提高網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。同時(shí)盡可能降低節(jié)點(diǎn)的信道和狀態(tài)轉(zhuǎn)換次數(shù)來確保節(jié)點(diǎn)能耗的有效性。單收發(fā)器半雙工的通信方式?jīng)Q定了節(jié)點(diǎn)不能同時(shí)處于接收發(fā)送狀態(tài)，在時(shí)隙分配的過程中充分考慮到半雙工限制以及節(jié)點(diǎn)的公平性，這使得時(shí)序調(diào)度的結(jié)果能夠進(jìn)一步降低時(shí)延。MCF-MAC和MCC-MAC均采用固定信道分配，MCF-MAC在TreeMAC的基礎(chǔ)上引進(jìn)多信道來消除數(shù)據(jù)收集樹縱向上的干擾，通過自上而向下的協(xié)商實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙分配。MCC-MAC則通對(duì)數(shù)據(jù)

4、收集樹進(jìn)行分簇，在匯聚節(jié)點(diǎn)處以中心化的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)簇頭節(jié)點(diǎn)的信道分配和時(shí)序調(diào)度，簇內(nèi)其它節(jié)點(diǎn)通過簇頭信息來完成信道和時(shí)隙的選擇。分配的結(jié)果能夠保證快速數(shù)據(jù)的過程中，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)不會(huì)引起通信沖突。
　　最后利用仿真工具NS2實(shí)現(xiàn)了對(duì)MCF-MAC和MCC-MAC的仿真，通過控制包的生成速率來實(shí)現(xiàn)在不同網(wǎng)絡(luò)負(fù)載下協(xié)議的性能對(duì)比。仿真結(jié)果表明：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較大時(shí)，引入多信道的MCF-MAC和MCC-MAC協(xié)議在時(shí)延、吞吐量方面相對(duì)于