传感器网络及其介质访问控制协议的研究论文

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1、传感器网络及其介质访问控制协议的研究论文王德智;王忠臣;李金宝摘要:多无线收发器的传感器网络（Multi-RadioAC协议来支持，使其多无线模块、多无线频道的功能得到合理利用。二、多收发器传感器网络MAC协议的设计多无线收发器的传感器网络是由具有多个无线收发器的节点构成。多收发器无线传感器网络的节点主要可分为6个模块，中央微处理器模块，多个无线收发模块，电源管理模块，传感器模块，存储模块。介质访问控制(MAC)协议是一项构造底层基础网络结构的重要技术，在传感器网络中，它的主要功能是为数据传输建立连接以及在各网络节点间

2、合理、高效地分配通信资源。传统MAC协议的设计目标是最大化吞吐量、最小化时延并且提供公平性。而传感器网络MAC协议设计还需要考虑最小化能耗等问题，这就决定了它要适度地减小吞吐量和增加时延。另外，传感器网络的一些典型应用(如战场目标跟踪)也对其MAC协议的设计提出了不同于传统无线网络的要求。多无线收发器传感器网络就是为了突破吞吐量时延这个瓶颈设计的，它还需要有一个适宜的MAC协议来合理的分配无线资源。现有的无线传感器网络上的MAC协议，都有只有一个收发器，虽然有针对多个无线频道的MAC协议，一般又要求严格的时间同步，在大

3、量的密集的传感器网络中做到全网的时间同步是很困难的。在无线网格网中，针对多收发器的无线网络的MAC协议，因为网格网的特殊特点，都有考虑到节点的处理能力、通信能力、节点的密度等相关因素，这些MAC协议都不适合多收发器无线传感器网络。多收发器无线传感器网络底层工作如图1所示。现有的传感器网络通常每个节点只有一个收发器，所以同一时刻只能接收到来自一个节点的信息，即使现在的节点可以有多个工作频率，每个频率也不能同时工作，而多收发器的传感器网络的多个收发器则可以同时的工作。本文以具有两个收发器的节点为例，阐述多收发器传感器网络的

4、MAC协议的设计与实现。本文采用每个收发器都配置不同的工作频道的方法，使两个收发器能够同时工作。例如节点A和节点B通信时采用频率f1，节点C和节点B通信时采用频率f2，f1!=f2，这样就能保证三个节点之间同时进行通信。节点之间通信的数据包可分为广播信息和单播信息。在发送广播包时，本文采用一个收发器工作。无线网络的广播不同于有线网络，它的广播以传输范围为半径向外广播，每个节点同时同行的时候又可以分为三种情况，本文以节点B为例进行说明。第一种情况，如图1（a）所示，两个节点A和C同时向节点B发送数据时，节点A采用f1发送

5、，节点C采用f2发送，节点B的两个收发器都处于接收状态。如果一个节点只有一个收发器时，那么节点只能接受到来自一个节点的信息，而这两个节点又使用相同的频率，连个数据包就发生了碰撞，从而导致了两个数据包的丢失。多收发器无线传感器网络很好的解决了这个问题，图中节点B就同时接收到了来自节点A和节点C的数据包，并且没有发生碰撞。第二种情况，如图1（b）所示。当节点A向节点B发送数据，同时节点B向节点C发送数据，采用的频率同第一种情况。这种情况在单收发器无线传感器网络中是不存在的，而且由于单个收发器的发送和接收之间转换需要一定的时

6、间，所以可能会造成网络延时的增加。采用多收发器无线传感器网络节点就可以同时收发无线数据包，由于发送和接收的时间相同，所以就相当于减少了一半的通信时间。节点的多收发器之间不存在发送和接收状态之间的切换，因此可以进一步提高通信的实时性。第三种情况，如图1（C）所示，节点B同时向节点A和节点C发送数据，频率同前。在单收发器无线传感器网络中，必须持续发送数据报，为了保证可靠通信，还需要等待数据通信成功应答后才能够发送下一个数据包，而在多收发器无线传感器网络中，节点则可以以不同的收发器同时发送不同的数据包。综上所述，多收发器无线

7、传感器网络节点可以以全双工通信的模式工作，扩展带宽，减少无线冲突，增大网络吞吐量，利用多个收发器同时工作，减少网络时延。三、结论及未来的工作多收发器传感器网络的研究刚刚起步，是传感器网络的一个新的研究问题，其上的网络协议研究仍处于探索阶段，本文设计并实现了一种多收发器传感器网络上的MAC协议，理论分析与实验结果表明本文的协议在降低无线冲突、减少丢包率、降低通信时延等方面具有很好的性能。