无线传感网mac协议分析和研究

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1、无线传感网MAC协议分析和研究近年来，在很多国家关于智慧城市的研究和建设已经得到了很大的关注和进展。而国内自2010年来，也有不少城市相继开展了智慧城市的建设。智慧城市建设的总体框架可划分为感知层，通信层，数据层和应用层，感知层作为智慧城市框架的底层，它是否能良好的实现对于智慧城市建设具有重要的影响。而现在作为研究热点的无线传感网是完全可以成为智慧城市感知网络的一种实现方式的。1.无线传感网1.1无线传感网的概念无线传感器网络WSN(WirelessSensorNetwork)是当前国际上备受关注的、由多学科高度交叉的新兴前沿研究热点领域。传感器网络综合了传感器技术、嵌

2、入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织的无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，从而真正实现“无处不在的计算”理念。无线传感网络是集数据采集、数据处理和数据通信三大功能的微型化、智能化、集成化、系统化和网络化的分布式传感器系统。无线传感器网络在环境、医疗、军事、工业和智能家居等领域表现出巨大的潜在应用价值，它在未来将是一个无孔不入的十分庞大的网络，将完全融入我们的生活，具有十分广阔的应用前景。在环境监测和保护

3、方面，无线传感器网络为随机性研究数据的获取提供了便利，还可以避免传统数据收集方式给环境带来的侵入式破坏。比如可以将传感器分布在海洋，火山，冰原等地区，检测该地的环境状态。在医疗护理领域，可以通过在老龄人，残障人士等生活不方便的人衣物、家具、电器等地方嵌入无线传感器，组成网络，便可实时获取他们的信息，帮助生活不能自理的人士更方便的接受护理，同时还能减轻护理人员的负担。无线传感器还可以用在药物管理方面，还可以通过在病人身上安装有特殊用途的传感器，让医生可实时获取病人病情信息。在军事战争领域，无线传感器网络非常适合用于恶劣的战场环境中，可以通过飞机撒播，人工部署等方式将传感器

4、节点分布在敌方战场，用于监控兵力、侦察敌方地形及布防、定位攻击目标以及探测核、生物和化学攻击等。在工业生产方面，无线传感器网络可以提高工业生产中自动化程度、降低生产风险。例如可以在设备上部署传感器节点，对设备状态进行监控，工作人员可根据监控信息对设备进行调整。而一些危险的工业环境，如矿井、核电厂等，工作人员可以通过无线传感器网络来实施监测，达到对突发事件在第一时间进行处理。在智能家居方面，可以通过在家具，电器等生活用品中嵌入特定的传感器，并将这些节点与互联网相连，在家庭网络操作系统管理下，可实现远距离控制，为人们提供舒适、方便和人性化的家居环境。无线传感器网络具有非常广

5、泛的应用前景，在物联网，车载网，智慧城市建设等领域都会占有重要的一席之地，这个技术将会给人类的生活方式带来极大的变革。1.1无线传感网的特点和协议体系无线传感网是一种自组织网络，同Ad-hoc网络很类似，但是也有其自身的特殊性。其主要特点如下：⑴传感器节点的能量有限。网络中的传感器一般由电池供电，而传感器网又要求工作时间较长，而且工作环境也比较恶劣，更换电池的可能性很小，而太阳能供电或洋流供电对于传感器节点的技术要求也很高，这样就造成了能源方面突出矛盾。⑵传感器节点的通信能力有限。感器网的传感器的传输速率低，通信距离近一般只有几十米到几百米；而且工作环境恶劣，更容易受地

6、势地貌和自然灾害等的影响，一方面造成传感器之间的通信不可靠，另一方面可能使传感器出现长时间故障、甚至损坏。⑶计算能力有限。传感器网中的传感器一般采用嵌入式处理器和存储器，但由于嵌入式处理器和存储器的能力和容量有限，传感器的计算处理能力十分有限。⑷网络规模大，拓扑结构复杂。传感器网中节点密集，数目庞大，可能达到几百甚至几千万个，而且它的感知范围也会很大。另外由于有的节点会因为故障退出网络，有的节点又会新加入网络，导致拓扑结构不断变化。⑸数据传输方向性强。在传感器网络中，通常，查询信息是通过广播或多播的方式从观察者向网络内传感器传输，而探测结果信息则是由分布在各处的传感器节

7、点向查询节点汇聚。传感器网络的这些特点使得以前适用于传统网络的协议都不再适用，需要进行修改或重新制定。比如说现在传感器网络将节省能量作为主要的考虑因素，而对于数据传输速率，实时性的考虑会相对弱化一些，而传统网络可能更注重数据传输的质量和速率，对于能耗的要求并没有那么严格。无线传感网的这些特殊要求和制约因素为传感器网络的协议研究，拓扑结构研究等带来了新的技术挑战。到目前为止，无线传感网络协议研究方面还没有形成一个标准无线传感网络协议栈，现在比较通用的协议栈是将其划分为物理层、数据链路层、网络层、应用层、能量管理平面、移动性管理平面和任务管理