无线传感器网络MAC层协议的分析与仿真

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要随着无线通信，微电子机械制造技术和传感器技术的发展，无线传感器网络(Wirelesssensornet-works，WSNs)引起了人们的广泛关注．WSN由部署在监测区域内，大量集成有感知、数据处理和无线通信及能量供应模块的微型传感器节点所组成，有着广阔的应用前景。具有许多与传统无线网络不同的特点，且与应用高度相关。无线传感器网络主要的一个设计目标是有效地使用网络节点的受限资源，以最大化网络的服务寿命。由于传统网络的介质访问控制(MAC)协议，并不能直接应用于无线传感器网络。所以针对无线传感器网络的特点

2、和应用背景，研究人员提出了很多MAC协议。在这样的背景下，本文分析研究了无线传感器网络的体系结构、通信协议栈、网络的特点、应用领域和发展状况等，然后做了如下工作：(1)本文通过分析无线传感器网络的特点，讨论了影响MAC协议设计的有关问题，重点对目前流行的2类MAC协议，基于竞争的MAC协议和基于时分复用的MAC协议的性能和特点进行了介绍和对比。(2)通过NS2仿真平台，分别对IEEE802．11和S-MAC协议的网络能量消耗、吞吐量、延时3个网络性能指标进行了仿真分析。仿真结果表明，802．11的MAC协议由于采用全侦昕机制，能量

3、消耗大、协议复杂，不太适合WSN网络。尽管S-MAC比802．11节省更多的能量，但是它具有不能很好的适应网络流量的变化的缺点：(3)在比较分析现有MAC协议的优势和不足的基础上，提出了一种改进协议。此协议在S-MAC协议的基础上，结合时分复用机制能在网络负载较大的情况下，解决节点对信道竞争的设计思想改进而来，较好的改善了网络流量负载较高时S-MAC协议的性能，具有良好的网络适应性。然后通过NS2仿真平台，完成对能耗，延时和吞吐量的3个性能指标的仿真，并进行比较分析，得出了此改进协议确实比原S-MAC协议的性能有了很大改善的结论。

4、最后，给出了工作过程总结，以及提出了未来需要进一步改善的地方，并进行了展望。关键词：无线传感器网络，S-MAC，延迟，吞吐量，能量AbstractWiththedevelopmentofwirelesscommunications，manufacturingtechnologya11dsensortechnology，wirelesssensornetworksattractsmoreattentions．Wirelesssensornetwork(WSN)iscomposedofmassive，smallandlow-costs

5、ensornodeswhicharedeployedinmonitoringregion，formingamulti-hopself-organizednetworksystemthroughwirelesscommunication，thetargetofwhichistocooperativelysense，collectandprocesstheinformationofobjectinthecoveragearea,thensendtotheobselwer．WSNcarlbeusedinenvironmentmonito

6、ring，militaryapplications，medicaltreatmentandSOon．InWSN．mediumaccesscontrol(MAC)protocolsdeterminetheusagemodeofwirelesschannel，allocatelimitedradioresourceamongsensornodesandconstructinfrastructure．MACprotocolshaveagreatinfluenceontheWSNperformance·MACprotocolsoftrad

7、itionalwirelessnetworkscall’tmeetthedesignrequirementsforWSN，SOtheycan’tbeuseddirectly．ResearchonMACprotocolsofWSNalwaysa1[tr2lctsalotofattention，whichhasereatvracticalsignificance．Thispaperanalyzesthestructure，protocolstack，applicationanddevelopment．Themainworkofthep

8、aperisasfollows：(1)ThroughtheanalysisofthecharacteristicsofWSN，thepaperdiscussedtheimpactofMACprotocolproblemsrelatedtothede