無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能MAC協(xié)議研究與實(shí)現(xiàn)

【摘要】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network，WSN)是由部署在檢測區(qū)域內(nèi)大量的廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者。由于傳感器節(jié)點(diǎn)通常由電池供電，且本身不能自動補(bǔ)充能量或能量補(bǔ)充不足，因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首要設(shè)計(jì)目標(biāo)是能源的高效使用。本文以十一五期間國家發(fā)改委CNGI研究開發(fā)／產(chǎn)業(yè)化和試驗(yàn)／應(yīng)用示范項(xiàng)目——“IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)”為基礎(chǔ)，圍繞無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能MAC協(xié)議設(shè)計(jì)展開。 1、深入研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)競爭式MAC協(xié)議的能耗因素，總結(jié)節(jié)能MAC協(xié)議的關(guān)鍵技術(shù)問題，包括休眠機(jī)制、沖突避免和退避機(jī)制等。 2、在分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要業(yè)務(wù)特性的基礎(chǔ)上，提出了一種利用路由信息的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能MAC協(xié)議——R-MAC，它通過節(jié)點(diǎn)周期休眠和簡化握手的局部中心控制方式，減小空閑監(jiān)聽和碰撞造成的能量損耗。仿真結(jié)果表明R-MAC與現(xiàn)有S-MAC協(xié)議及IEEE802.11DCF相比，具有更好的節(jié)能效果。 3、根據(jù)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)要求，深入分析：不同MAC控制機(jī)制對于協(xié)議能量有效性的影響，論證引入休眠機(jī)制的簡單有效節(jié)能MAC協(xié)議在IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的具體實(shí)現(xiàn)方案，并在自主設(shè)計(jì)的IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件平臺上，實(shí)現(xiàn)了該節(jié)能MAC協(xié)議，完成了對協(xié)議的測試，目前加載在MAC層之上的應(yīng)用程序均可以正常運(yùn)行。 4、進(jìn)一步研究引入休眠造成的碰撞概率急劇增大的問題，提出了改進(jìn)方案，即由接收節(jié)點(diǎn)首先競爭接收信道，進(jìn)而減小節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)分組時(shí)的碰撞概率。仿真結(jié)果證明了方案的有效性。 【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 節(jié)能MAC協(xié)議 休眠機(jī)制 碰撞
【學(xué)位授予單位】：解放軍信息工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目次6-11
• 第一章 緒論11-22
• 1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述11-13
• 1.1.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)11-12
• 1.1.2 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)12
• 1.1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)12
• 1.1.4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題12-13
• 1.1.5 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC協(xié)議設(shè)計(jì)要求13
• 1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能 MAC協(xié)議概述13-20
• 1.2.1 MAC層能量浪費(fèi)因素13-14
• 1.2.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)能 MAC協(xié)議的關(guān)鍵技術(shù)14-20
• 1.3 課題背景和論文的主要工作20-22
• 第二章 利用路由信息的節(jié)能 MAC協(xié)議──R-MAC22-32
• 2.1 R-MAC設(shè)計(jì)背景22-23
• 2.2 R-MAC設(shè)計(jì)23-29
• 2.2.1 虛擬群的維護(hù)和管理23-24
• 2.2.2 群內(nèi)通信24-26
• 2.2.3 群間干擾26-28
• 2.2.4 周期休眠28-29
• 2.3 仿真與結(jié)果分析29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第三章 節(jié)能 MAC協(xié)議在 IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的實(shí)現(xiàn)32-58
• 3.1 節(jié)能 MAC協(xié)議方案論證32-39
• 3.1.1 握手機(jī)制32-35
• 3.1.2 休眠機(jī)制35-38
• 3.1.3 小結(jié)38-39
• 3.2 節(jié)能 MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)39-48
• 3.2.1 TinyOS系統(tǒng)簡介39-40
• 3.2.2 通信協(xié)議棧設(shè)計(jì)40-42
• 3.2.3 MAC層模塊實(shí)現(xiàn)42-48
• 3.2.4 小結(jié)48
• 3.3 IPv6無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)硬件平臺上測試節(jié)能 MAC協(xié)議48-57
• 3.3.1 測試方案49-50
• 3.3.2 休眠同步建立及維護(hù)過程50-53
• 3.3.3 周期休眠過程53
• 3.3.4 數(shù)據(jù)通信過程53-57
• 3.3.5 小結(jié)57
• 3.4 本章小結(jié)57-58
• 第四章 進(jìn)一步研究與展望58-62
• 4.1 解決周期休眠機(jī)制下碰撞概率增大的方案58-61
• 4.1.1 碰撞概率分析58-59
• 4.1.2 解決方案59-60
• 4.1.3 節(jié)能分析60-61
• 4.2 總結(jié)與展望61-62
• 結(jié)束語62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-66
• 作者在學(xué)期間取得的學(xué)術(shù)成果66

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