无线传感器网络smac协议的分析与仿真

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1、毕业设计（论文）题目无线传感器网络SMAC协议的分析与仿真学院（全称）信息科学与工程学院专业、年级06级01班学生姓名巩艳学号06950105指导教师许登元论文评阅人重庆交通大学2010年前言传感器技术、微机电系统、现在网络和无线通信等技术的进步，推动了具有现代意义的无线传感器网络的产生和发展。无线传感器网络涉及众多学科，成为目前IT领域中的研究热点之一。现在，互联网为人们提供了快捷的通信平台，极大地方便了人们的信息交流。无线传感器网络扩展了人们的信息获取能力，将客观世界的物理信息同传输网络连接在一起，在

2、下一代互联网中将为人们提供最直接、最有效、最真实的信息。无线传感器网络能够获取客观物理信息，具有十分广阔的应用前景，能应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等诸多领域。美国在20世纪90年代就开始了传感器网络的研究工作，并首先在军方应用和推广。我国也非常重视无线传感器网络的发展，国家自然科学基金委员会已经审批了无线传感器网络相关的一个重点课题和多个面上课题，在国家发展改革委员会的下一代互联网示范工程中，也部署了无线传感器网络相关的课题。无线传感器网络

3、(wirelesssensornetworks,WSN)是由大量的廉价微型的传感器节点，通过无线通信方式形成的一个特殊的Adhoc网络。与Adhoc网络相比，WSN的特点是节点的电源能量和硬件资源有限、无中心自组织、数量众多分布密集、网络动态性强。其中能耗问题是WSN中至关重要的问题，因此WSN的节点要求必须是低功耗的。媒体介质访问控制(MediumAccessControl,MAC)协议处于无线传感器网络协议的底层部分，主要用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响，是保证无

4、线传感器网络有效通信的关键网络协议之一。对于竞争型的MAC协议，一般情况下所有节点都共享一个普通信道。基于竞争的MAC协议的基本思想是，当无线节点需要发送数据时，主动抢占无线信道，当在其通信范围内的其他无线节点需要发送数据时，也会发起对无线信道的抢占，这就需要相应的机制来保证任一时刻在通信区域内只能有一个无线节点获得信道使用权。基于竞争的MAC协议有如下有点：(1)由于基于竞争的MAC协议是根据需要分配信道，所以这种协议能较好的满足节点数量和网路负载的变化；(2)基于竞争的MAC协议能较好的适应网络拓扑的

5、变化；(3)基于竞争的MAC协议不需要复杂的时间同步或集中控制调度算法。SMAC协议是较早提出的一种基于竞争的无线传感器网络协议，由USC/ISI的WeiYe等人提出，并在NS2、TinyOS等平台上进行了仿真和实现。该协议继承了802.11MAC协议和PAMAS协议的基本思想，同时兼顾了网络的可扩展性，为广大研究人员参考和比较。对于任何减少能量损耗，有不少的MAC协议都提出了相应的解决办法，其中最为基本的思想就是当节点不需要发送数据时，尽可能让它处于功耗较低的睡眠状态。IEEE802.11MAC协议中，

6、PCF和DCF都有一种节省能量模式，运行于该模式时设备可以周期性地进入睡眠状态以节省能量。但是该协议有一个前提，那就是所有的设备都只进行单跳通信。基于这种假设，设备通过简单地广播一个新标帧就可以保持同步睡眠和唤醒。此外对于如何减少串扰，PAMAS协议给出了启示：当邻居节点在发送数据时，节点主动转入睡眠状态。基于上述两种基本思想，SMAC协议提出了适合于多跳无线传感器网络的竞争型MAC协议的节能方法。本文通过对SMAC协议的理论研究，以及其采用的周期性睡眠和侦听机制、消息传递机制和串扰避免机制，在能量损耗减

7、少的情况下，增加的延迟问题。目录中文摘要I英文摘要II第1章绪论11.1课题背景11.2研究目的和意义21.3研究的主要工作31.4论文组织3第2章传感器网络的概述42.1传感器网络的发展历史42.2传感器网络体系结构42.2.1传感器网络结构42.2.2传感器网络协议栈52.3传感器网络的特征62.3.1传感器节点能量有限62.3.2传感器网络的特点62.4传感器网络的应用前景72.5无线传感器网络的关键技术82.6本章小结9第3章MAC协议103.1MAC协议设计的因素103.2现有的MAC协议113

8、.2.1基于固定分配的MAC协议113.2.2基于随机竞争的MAC协议123.3基于竞争的SMAC协议143.3.1网络与应用假设143.3.2S-MAC协议基本原理143.3.3S-MAC协议基本原理15第4章SMAC协议的仿真实现194.1基于NS2的仿真平台194.2SMAC协议节能的实现224.2.1S-MAC协议仿真设计流程图224.2.2S-MAC协议仿真结果及其分析264.2.3S-MAC协议存在的问题30第5章