基于能量有效的S-MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network，WSN)是由大量廉價的微小傳感器節(jié)點(diǎn)組成的,以多跳的方式進(jìn)行通信的分布式自組織網(wǎng)絡(luò)。這些傳感器節(jié)點(diǎn)能夠協(xié)作的實(shí)時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或被監(jiān)測對象的信息,對其進(jìn)行處理并傳送到終端用戶。WSN是一種新興的無線網(wǎng)絡(luò),具有廣闊的應(yīng)用前景,引起了各界的高度重視。因?yàn)闊o線傳感器網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點(diǎn)是由電池供電,由于環(huán)境原因和節(jié)點(diǎn)數(shù)目龐大,電池的更換是很困難的,所以盡量節(jié)省各個節(jié)點(diǎn)的能量是

2、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)計(jì)目標(biāo)。
　　在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中,各個節(jié)點(diǎn)共享一個單一信道,由于信道資源有限,需要一種協(xié)議來協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)對信道的訪問,這種協(xié)議即是介質(zhì)訪問控制(Medium Access Control,MAC)協(xié)議。MAC協(xié)議對無線信道的使用起著決定性的作用,可以為各個傳感器節(jié)點(diǎn)分配有限的信道資源,協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)在同一信道中的傳送,避免沖突。由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源有限和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變換的特點(diǎn),對MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)提出了

3、更高的要求,既要保證系統(tǒng)性能,又要盡量的節(jié)省能量。
　　MAC協(xié)議可以按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類,本文的研究主要基于競爭型的MAC協(xié)議。很多現(xiàn)有的基于競爭的MAC協(xié)議都是以犧牲吞吐量、延遲等網(wǎng)絡(luò)性能來換得能量節(jié)省的,但是這樣做不利于網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)擴(kuò)展和生命周期的延長。
　　本文的主要內(nèi)容:對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了總體介紹,包括無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概念、體系結(jié)構(gòu)、主要特征和應(yīng)用領(lǐng)域;詳細(xì)介紹了MAC協(xié)議概念、分類、耗能原因和工作機(jī)理;具體分析

4、了S-MAC(Sensor-Medium Access Control,S-MAC)協(xié)議工作機(jī)制、總結(jié)其局限性和改進(jìn)協(xié)議,在S-MAC協(xié)議、T-MAC(Timeout-Medium Access Control,T-MAC)協(xié)議基礎(chǔ)上提出了節(jié)能型的MAC協(xié)議——ES-MAC(Energy effect-Medium Access Control,ES-MAC)協(xié)議。
　　在傳統(tǒng)的S-MAC協(xié)議中,采用的是固定的偵聽睡眠周期。ES-

5、MAC協(xié)議借鑒了T-MAC協(xié)議的思想,采用動態(tài)的偵聽睡眠周期,節(jié)省能量。另外,在S-MAC協(xié)議和T-MAC協(xié)議中,采用的退避算法都是二進(jìn)制指數(shù)退避(binary exponential backoff，BEB)算法,這種算法帶來了捕獲效應(yīng)。因此,在S-MAC協(xié)議、T-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上,本文的ES-MAC協(xié)議結(jié)合MILD(Multiplicative Increase Linear Decrease)和MIMLD(Multiplicat

6、ive Increase Multiplicative Decrease and Linear Decrease.)兩種退避方法,對協(xié)議的退避算法進(jìn)行了改進(jìn)。如果某節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)成功,根據(jù)MILD的方法,退避計(jì)數(shù)器按線性減小,如果發(fā)生沖突,則根據(jù)MIMLD的方法,乘性增加退避窗口。這樣可以保證在新的競爭中,所有節(jié)點(diǎn)接入信道的機(jī)會均等,并且能夠更好的節(jié)省能量。通過OPNET建模仿真,結(jié)果表明:ES-MAC協(xié)議不僅僅在網(wǎng)絡(luò)性能方面比S-MAC