动态无线传感器网络mac协议自适应通信环境研究

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1、第一章绪论第一章绪论§1.1研究背景传感器技术、微机电系统、现代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（WirelessSensorNetwork，WSN）的产生和发展。无线传感器网络涉及众多学科，已成为目前IT领域中的研究热点之一。20世纪90年代末在美国发端了现代意义的无线传感器网络技术[1]。其后，该技术相继被一些重要机构预测为将改变世界的重要新技术，相关研究工作在世界各主要发达国家轰轰烈烈地开展起来。无线传感器网络是由部署在检测区域内，大量廉价的具有无线通信与计算能力的微型传感器节点组成，通

2、过无线通信的方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、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，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继的方式将所感知信息传送到用户终端，具有超大规模、无人值守、资源严格受限等特点。节点间采用多跳对等的通信方式，其网络拓扑动态变化，具有自组织、自治、自适应等智能

3、属性。无线传感器网络能够获取作用区域内的客观物理信息，具有非常广泛的应用前景，其发展和应用，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响。无线传感器网络可广泛用于军事、国家安全、环境科学、交通管理、反恐维和、灾害预测、智能城市建设、危险区域远程控制等领域。无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络，最早的代表性论述出现在1999年，题为“传感器走向无线时代”。随后在美国移动计算和网络国际会议上，提出了无线传感器网络是下个世纪面临的发展机遇的论断。2003年美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被排在第一位。

4、同年，美国《商业周刊》未来技术专版在论述四大新技术时[2]，无线传感器网络也位列其中。美国《今日防务》杂志更是认为，无线传感器网络的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。2004年《IEEESpectrum》杂志发表一期专辑：传感器的国度，论述无线传感器网络的发展和可能的广泛应用。可以预计，无线传感器网络的发展和广泛应用，将对人们的社会生活和产业变革带来极大的影响和产生巨大的推动。由于无线传感器网络的巨大应用价值，它已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的广泛关注。美国国防部高级研究计划局（D

5、ARPA）[3]和美国空军（USAF）正在合作开发的网络嵌入式系统技术[4]（NetworkEmbeddedSystemTech-nology，NEST）是WSN在军事方面的最新应用。利用广泛散布于特定区域、检查站、建筑物和护卫车队等地的传感器节点，作战人员能够对狙击手和其他隐蔽的射手进行定位。这些节点能够跟踪子弹产生的冲击波，在节点范围内测定子弹发射时产生声震和枪震的时间，以判断子弹的发射源。–1–万方数据第一章绪论国内当前对无线传感器网络的研究才刚刚起步，还处在概念、理论和技术跟踪研究的初级阶段，研究的范围也主要是在高

6、校和研究所范围内。但是由于传感器网络是一个新兴技术，国内和国际水平的差距并不是很大，及时开展这项对人类未来生活影响深远的前沿科技的研究，对整个国家的社会、经济将有重大的战略意义。根据当前国内无线传感器网络研究和应用的现状，在我国《信息产业科技发展“十一五”计划和2020年中长期规划（纲要）》中将“智能信息处理和物与物通信网络技术”确定为网络与通信领域11个主要技术领域之一，并将之确定为我国需要重点突破的核心技术，其发展目标包括“重视RFID、传感器网络等物与物通信网络技术的研发，形成自主知识产权的核心技术和产品，打造完善的

7、产业链；推广RFID、传感器网络技术在全社会的应用，形成一大批有示范效应的应用范例，为无处不在、人与物共享的网络应用奠定基础”[5]。§1.2MAC协议研究的目的和意义介质访问控制(MediumAccessControl,MAC)子层是数据链路层(DataLinkLayer)的一部分。在无线传感网络中，MAC协议决定无线信道的使用方式，在传感器节点间公平有效地分配通信媒介，处于传感器网络协议的物理层和路由层之间，用来构建传感器网络系统的底层基础结构。因此，MAC协议的效率对传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高

8、效通信的关键网络协议之一。无线传感器网络的性能如吞吐量、延迟性能等完全取决于所采用的MAC协议。能量的消耗主要集中在WSN节点的射频模块部分，而MAC协议直接控制射频模块，对节点能耗有重要影响。因此，设计一个性能优越的MAC协议成为WSN研究的一个热点问题。在传统网络中，节点能够连续地获得能量供应：整个