基于IEEE 802.15.4的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能MAC協(xié)議研究

【摘要】：在環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測、軍事戰(zhàn)場監(jiān)測等眾多領(lǐng)域日益增長的應(yīng)用需求下，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)成為目前研究的熱點(diǎn)。WSN最大特點(diǎn)是節(jié)點(diǎn)能量有限且難以補(bǔ)充，因此如何節(jié)能、最大限度延長網(wǎng)絡(luò)生命周期是WSN研究的核心問題。圍繞節(jié)能問題，業(yè)界在電路實(shí)現(xiàn)、MAC協(xié)議與路由協(xié)議設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了大量的研究。本文以IEEE802.15.4非信標(biāo)模式（NonBcn）MAC協(xié)議為基礎(chǔ)，針對多跳WSN網(wǎng)絡(luò)和不同的應(yīng)用環(huán)境，進(jìn)行節(jié)能MAC協(xié)議的研究。具體設(shè)計(jì)了一種適合周期性數(shù)據(jù)收集應(yīng)用的S-NonBcn協(xié)議，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步設(shè)計(jì)了一種適合低頻率數(shù)據(jù)上報(bào)兼有突發(fā)業(yè)務(wù)的B-S-NonBcn協(xié)議。 IEEE802.15.4非信標(biāo)模式（NonBcn）沒有休眠機(jī)制，不能有效節(jié)省能耗。本文在NonBcn協(xié)議基礎(chǔ)上，從減少空閑監(jiān)聽時間和降低沖突兩方面降低能耗，設(shè)計(jì)了適用于周期性數(shù)據(jù)收集應(yīng)用的S-NonBcn協(xié)議。S-NonBcn協(xié)議利用了數(shù)據(jù)收集的特點(diǎn)，采用交錯休眠機(jī)制減少了空閑監(jiān)聽時間，并針對交錯休眠機(jī)制帶來的嚴(yán)重沖突問題，設(shè)計(jì)了沖突解決機(jī)制。通過網(wǎng)絡(luò)仿真軟件NS2仿真，驗(yàn)證了S-NonBcn協(xié)議比NonBcn協(xié)議具有更高的能效性。 低頻率數(shù)據(jù)上報(bào)兼有突發(fā)業(yè)務(wù)的應(yīng)用是另外一種典型的WSN應(yīng)用。已有一些MAC協(xié)議能處理突發(fā)數(shù)據(jù)，如DMAC協(xié)議，但DMAC協(xié)議處理突發(fā)數(shù)據(jù)存在嚴(yán)重的沖突問題。而S-NonBcn協(xié)議的活躍占空比不能動態(tài)的調(diào)整，導(dǎo)致突發(fā)數(shù)據(jù)的丟失。本文在S-NonBcn協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了適用于低頻率數(shù)據(jù)上報(bào)兼有突發(fā)業(yè)務(wù)應(yīng)用的B-S-NonBcn協(xié)議。B-S-NonBcn協(xié)議也采用S-NonBcn協(xié)議的交錯休眠機(jī)制，降低了能耗。根據(jù)突發(fā)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，采用請求回復(fù)機(jī)制動態(tài)的調(diào)整活躍占空比，使數(shù)據(jù)能快速的到達(dá)Sink節(jié)點(diǎn)。通過NS2仿真，與S-NonBcn協(xié)議、DMAC協(xié)議相比，B-S-NonBcn協(xié)議不僅具有更高的能效性，而且降低了端到端的平均丟包率和端到端的平均時延。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC協(xié)議 IEEE802.15.4 能效性
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-14
• 第一章 引言14-17
• 1.1 課題研究背景14-15
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀15
• 1.3 研究的目標(biāo)與內(nèi)容15-16
• 1.4 論文結(jié)構(gòu)16-17
• 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC 協(xié)議綜述17-25
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC 協(xié)議的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則17-18
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC 協(xié)議研究現(xiàn)狀18-19
• 2.3 典型無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC 協(xié)議分析19-24
• 2.3.1 SMAC 協(xié)議19-21
• 2.3.2 DMAC 協(xié)議21-22
• 2.3.3 IEEE 802.15.4 MAC 協(xié)議22-24
• 2.4 小結(jié)24-25
• 第三章 S-NonBcn 協(xié)議25-56
• 3.1 S-NonBcn 協(xié)議的設(shè)計(jì)25-41
• 3.1.1 問題的提出和分析25-27
• 3.1.2 設(shè)計(jì)思路27-28
• 3.1.3 協(xié)議的前提條件28
• 3.1.4 協(xié)議的機(jī)制28-35
• 3.1.5 協(xié)議的流程35-38
• 3.1.6 協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)38-41
• 3.2 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析41-54
• 3.2.1 S-NonBcn 協(xié)議仿真的實(shí)現(xiàn)42-46
• 3.2.2 簡單拓?fù)湎碌姆抡?/span>46-50
• 3.2.3 復(fù)雜拓?fù)湎碌姆抡?/span>50-54
• 3.3 小結(jié)54-56
• 第四章 B-S-NonBcn 協(xié)議56-83
• 4.1 B-S-NonBcn 協(xié)議的設(shè)計(jì)56-68
• 4.1.1 問題的提出與分析56-59
• 4.1.2 設(shè)計(jì)思路59-60
• 4.1.3 協(xié)議的前提條件60
• 4.1.4 協(xié)議的機(jī)制60-65
• 4.1.5 協(xié)議的流程65-66
• 4.1.6 協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)66-68
• 4.2 仿真實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析68-82
• 4.2.1 B-S-NonBcn 協(xié)議仿真的實(shí)現(xiàn)69-70
• 4.2.2 簡單拓?fù)湎碌姆抡?/span>70-76
• 4.2.3 復(fù)雜拓?fù)湎碌姆抡?/span>76-82
• 4.3 小結(jié)82-83
• 第五章 總結(jié)與展望83-85
• 5.1 論文工作總結(jié)83-84
• 5.2 未來工作展望84-85
• 致謝85-86
• 參考文獻(xiàn)86-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果89-90

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