無線傳感器網(wǎng)絡的分布式高能效TDMA協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(WSNs)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的微型傳感器節(jié)點通過無線通信的方式形成的一個多跳的自組織網(wǎng)絡系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)被監(jiān)測對象的信息，并發(fā)送給終端用戶。與傳統(tǒng)無線網(wǎng)絡不同，無線傳感器網(wǎng)絡最主要的特點是能夠在有限資源條件下，實現(xiàn)最長的生存時間。因此，制約無線傳感器網(wǎng)絡的一個主要因素是功耗。媒體訪問控制(MAC)協(xié)議決定了如何在傳感器節(jié)點之間分配有限的無線通信資源，直接影響著無線傳感器網(wǎng)絡的性能。

2、而現(xiàn)有的MAC協(xié)議并不能很好地應用于無線傳感器網(wǎng)絡中。提出一個好的MAC協(xié)議使其能在能量有效性和網(wǎng)絡性能之間進行折中是目前研究的重點。
　　本文首先針對 BMA(Bit-map-assisted)協(xié)議存在空閑偵聽且能耗較大，其改進協(xié)議 E-BMA(Energy-efficient Bit-map-assisted)數(shù)據(jù)傳輸時延高的問題，提出了一種在能夠保持高能效同時大幅降低網(wǎng)絡傳輸?shù)臅r延的MAC協(xié)議——LL-BMA(Low-lat

3、ency Bit-map-assisted)協(xié)議。該協(xié)議的特點在于將節(jié)點預約數(shù)據(jù)時隙的過程分為可搭載預約和不可搭載預約兩種方式，折中時延與能效的關系，在有連續(xù)數(shù)據(jù)包需要發(fā)送時，節(jié)點通過搭載預約數(shù)據(jù)時隙來減少空閑偵聽，反之則通過競爭周期向簇頭發(fā)送控制信息來進行預約，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延。
　　其次，為了進一步減少空閑偵聽，本文又提出一種基于 TDMA(Time Division Multiple Access)的MAC協(xié)議——SR-B

4、MA(Scalable and Reservable Bit-map-assisted)協(xié)議。與傳統(tǒng)協(xié)議相比，該協(xié)議將數(shù)據(jù)時隙設置為很小的尺寸，數(shù)據(jù)時隙的數(shù)目超過節(jié)點數(shù)，簇頭根據(jù)節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)請求信息，分配相應數(shù)目的數(shù)據(jù)時隙，極大地提高了數(shù)據(jù)時隙的利用率；對背包算法進行優(yōu)化，很好地避免了等待時間過長造成時延較大的情況，能夠保證公平性；簇頭為沒有成功分配到數(shù)據(jù)時隙的節(jié)點提前預約下一幀的數(shù)據(jù)時隙，又可以在一定程度上減少控制開銷。
　　

5、接著，本文通過 MATLAB仿真軟件，從節(jié)點平均能耗及最大傳輸時延兩方面進行仿真分析，結(jié)果顯示：與 TDMA、BMA、E-BMA協(xié)議進行對比， LL-BMA協(xié)議只需犧牲小部分能量，就能有效地降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r延，能夠保持低時延高能效的特性；相較于 BEST-MAC(Bitmap-Assisted Efficient and Scalable TDMA-Based MAC)協(xié)議，SR-BMA協(xié)議減少了控制開銷，因而減少了能耗，采用了背包算法