基于IEEE 802.15.4的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層節(jié)能技術(shù)研究

【摘要】： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless Sensor Network, WSN)是由大量具有特定功能的傳感器節(jié)點通過無線通信方式,相互傳遞信息,協(xié)同地完成特定功能的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于應(yīng)用場景的特殊性和傳感器節(jié)點的能量限制,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的首要目標(biāo)就是節(jié)省能量,而媒體接入控制(Media Access Control, MAC)協(xié)議的設(shè)計是整個WSN節(jié)能設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。IEEE 802.15.4協(xié)議是針對低速無線個人區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的無線通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),也是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。 本文首先研究了基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議,包括超幀結(jié)構(gòu)、MAC層幀結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)傳輸模型、接入算法以及節(jié)點的能量消耗模型。其次,基于IEEE 802.15.4搭建了WSN的仿真平臺,對WSN性能進(jìn)行了研究。最后,針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的突發(fā)業(yè)務(wù),提出了節(jié)能的MAC(即EB-TDMA)協(xié)議。該協(xié)議僅讓處于突發(fā)狀態(tài)的節(jié)點動態(tài)成簇,每幀的長度隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)動態(tài)變化。這種幀長的動態(tài)優(yōu)化,降低了傳輸時延,提高了信道利用率。同時,該協(xié)議讓空閑狀態(tài)的節(jié)點退出簇進(jìn)行休眠,有效地節(jié)省了能量,延長了網(wǎng)絡(luò)壽命。仿真結(jié)果表明,對節(jié)點密集時的突發(fā)業(yè)務(wù),該協(xié)議在時延和節(jié)能方面都具有良好的性能。 【關(guān)鍵詞】：WSN 節(jié)能策略 IEEE 802.15.4協(xié)議 突發(fā)業(yè)務(wù)
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 緒論7-11
• 1.1 研究背景7-8
• 1.2 研究現(xiàn)狀8-9
• 1.3 研究內(nèi)容及意義9-10
• 1.4 本文章節(jié)安排10-11
• 第二章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述11-23
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)11-13
• 2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特征與應(yīng)用13-16
• 2.2.1 傳感器節(jié)點的限制13-14
• 2.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點14-15
• 2.2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用15-16
• 2.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC 層協(xié)議16-23
• 2.3.1 MAC 層協(xié)議概述16-18
• 2.3.2 基于調(diào)度的MAC 協(xié)議18-19
• 2.3.3 基于競爭的MAC 協(xié)議19-22
• 2.3.4 混合型協(xié)議22-23
• 第三章 IEEE 802.15.4 協(xié)議23-39
• 3.1 協(xié)議簡介23-26
• 3.1.1 WPAN 網(wǎng)絡(luò)概述23
• 3.1.2 網(wǎng)絡(luò)組成23-24
• 3.1.3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)24-26
• 3.2 物理層26-28
• 3.2.1 物理層參考模型26-27
• 3.2.2 物理層的載波信道27
• 3.2.3 物理層的幀結(jié)構(gòu)27-28
• 3.3 MAC 層28-37
• 3.3.1 MAC 層參考模型28-29
• 3.3.2 超幀結(jié)構(gòu)29-30
• 3.3.3 信道掃描30-31
• 3.3.4 數(shù)據(jù)傳輸模型31-33
• 3.3.5 MAC 層幀結(jié)構(gòu)33-35
• 3.3.6 信道訪問機(jī)制CSMA/CA 算法35-37
• 3.4 影響802.15.4 網(wǎng)絡(luò)性能的因素37-39
• 第四章 基于IEEE 805.15.4 的WSN 性能研究39-53
• 4.1 WSN 能量模型分析39-40
• 4.2 802.15.4 協(xié)議的CSMA/CA 算法分析40-44
• 4.2.1 馬爾科夫模型40-44
• 4.2.2 吞吐量44
• 4.3 WSN 仿真平臺44-49
• 4.3.1 N52 仿真軟件介紹44-46
• 4.3.2 802.15.4 協(xié)議在N52 中的架構(gòu)體系46-47
• 4.3.3 仿真場景的選擇47-48
• 4.3.4 仿真參數(shù)的設(shè)置48-49
• 4.4 仿真分析49-53
• 4.4.1 顯隱終端問題分析49-51
• 4.4.2 占空比的影響51-53
• 第五章 面向突發(fā)業(yè)務(wù)的MAC 協(xié)議53-65
• 5.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的突發(fā)業(yè)務(wù)53-54
• 5.1.1 突發(fā)業(yè)務(wù)概述53
• 5.1.2 面向突發(fā)業(yè)務(wù)的MAC 方案53-54
• 5.2 基于分簇網(wǎng)絡(luò)的典型MAC 協(xié)議54-56
• 5.3 EB-TDMA 協(xié)議設(shè)計56-58
• 5.3.1 設(shè)計思想56
• 5.3.2 協(xié)議描述56-58
• 5.4 EB-TDMA 協(xié)議性能分析58-65
• 5.4.1 仿真平臺58-60
• 5.4.2 仿真結(jié)果分析60-65
• 第六章 結(jié)束語65-67
• 致謝67-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果73-74

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