无线传感器网络跨层mac协议研究

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1、无线传感器网络跨层MAC协议研究第1章绪论1.1研究的背景与意义无线传感器网络是由许多微型的计算设备构成，这些设备被称为传感器节点，这些分布式的、便宜的传感器节点具有一定功能，它们以自组织的方式形成无线网络[1,2]。ediumAccessControl,MAC)协议很重要，它主要负责合理安排信道资源，使节点可以无冲突和碰撞的接入信道进行传输数据；为AC协议还对物理层有影响，关系到底层硬件[11,12]。所以研究高性能的适合于AC协议对于网络的成功运行很重要。分析AC协议以提高网络的性能。本论文正是使用跨层设计的方法对AC协议进行研究。.......1.2

2、国内外发展现状欧美国家最先提出了无线传感器网络，开始主要是应用在军事上。20世纪末期，美国的移动计算和网络国际会议上指出了AC协议就是其中重要的一部分。............第2章无线传感器网络概述2.1无线传感器网络体系结构廉价而体积小的传感器节点可以随意或者是固定的安放在需要检测的区域内，自组织成网，获取周围的信息如温度、湿度、光照等，通过多跳无线通信的方式把采集到的数据传送给sink节点。sink节点将数据进行处理后，再通过Inter网络传送给管理平台。用户可以利用管理平台来查看监测区域的信息，发布任务以及管理网络。典型的AC协议.........

3、.133.1MAC协议分类.........133.2S-MAC协议......143.2.1S-MAC的机制.....143.2.2S-MAC存在的问题....173.3MAC协议的跨层设计..........183.4本章小结.....18第4章跨层时间驱动型MAC协议..........194.1路由协议的工作原理......194.2RC-MAC协议设计.........214.3RC-MAC性能分析.........264.3.1时延.........264.3.2能量.........284.4仿真分析.....294.5本章小结.....32

4、第5章跨层事件驱动型MAC协议..........335.1适用于事件驱动型无线传感器网络的MAC协议.......335.2EDC-MAC协议设计......355.3仿真分析.....405.4本章小结.....44第5章跨层事件驱动型MAC协议在基于事件驱动的AC层的信道接入方式，是否进行休眠都对网络层有很大影响，而且关系到网络的能量消耗和时延等指标。要想使网络性能得到优化，就需要同时考虑路由层和MAC层，对协议进行跨层优化。5.1适用于事件驱动型无线传感器网络的MAC协议针对不同类型的传感器网络要选择不同的MAC协议，下面介绍几种常见的适用于事件驱

5、动型AC协议。Sift协议是基于竞争的MAC协议。运用固定的竞争窗口CA调度相结合，有效减少了空闲侦听和能量消耗。它将网络节点分成若干个簇，簇内选举一个簇头结点。簇内采用TDMA调度方法，普通节点将数据传给簇头，簇头将数据融合后再传给sink节点。协议是按轮进行的，每轮包含簇的建立阶段和稳定阶段，簇头节点采取非坚持CSMA广播自己成为簇头的消息，其他节点选择加入离自己较近的簇。簇稳定阶段，簇头节点首先建立一个簇内TDMA时隙分配方案，并广播出去，接着有n个长度相等的帧，每个帧又分为若干个时隙，时隙数与簇内的节点数相同。簇内的节点在自己的时隙内发送数据给簇头

6、节点，而在其他的时隙内进入休眠，来节约能量消耗。簇头节点接收到的数据进行压缩融合后传送给sink节点，这样有效减少了数据的冗余。...........总结MAC协议的性能对AC协议很有必要。本文先对无线传感器网络的协议栈和现有的MAC协议进行研究，然后又对跨层设计方法进行学习分析。针对时间驱动型网络和事件驱动型网络分别研究MAC协议。利用跨层设计的方法对S-MAC协议进行改进，提出了适用于时间驱动型网络的RC-MAC协议。和适用于事件驱动型网络的EDC-MAC协议。本文的主要工作如下：(1)对无线传感器网络的体系结构，特点以及协议栈进行研究。主要研究各层协

7、议间的影响，学习各种跨层设计方法。主要对网络层和MAC层之间的相互影响进行分析。发现网络层的路由信息影响MAC层的信道接入，而且为了提高网络的整体性能，可以对这两层进行联合设计。所以本文同时考虑网络层的路由信息，对MAC层进行跨层设计。(2)对AC协议进行研究，分析影响MAC协议性能的因素，重点研究了S-MAC协议，S-MAC协议采用周期侦听/睡眠机制有效减少了能量消耗，适合应用在时间驱动型的网络中，但是却引入了睡眠时延，为了解决S-MAC协议存在的问题，本文利用跨层设计的方法提出了RC-MAC协议。1)RC-MAC协议修改MAC层控制帧的格式，加入了通信

8、的路由信息，使通信路径上的节点提前知晓路径，进行提前握手预约信道；