低速无线个域网能量有效性的研究

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1、上海交通大学硕士学位论文低速无线个域网能量有效性的研究姓名：吉诚申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：徐友云20071201上海交通大学硕士学位论文低速无线个域网能量有效性的研究摘要无线个域网（WPAN）是一种与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)、无线局域网(WLAN)并列但覆盖范围相对较小的无线网络。IEEE802.15工作组TG4定义的低速率无线个域网LR-WPAN网络的特征与传感器网络有很多相似之处，很多研究机构把它作为传感器网络的通信标准。由于传感器节点是能量受限的，节能问题是传感器网络中首要需要考虑的问题，因此本文的研究围绕着低速无线个

2、域网的能量有效性问题展开。LR-WPAN的通信过程消耗了大量的能量，而在通信过程中又属发送过程和竞争阶段占据大部分的能量消耗，因此只需要研究如何减少这两个过程中的能耗就能有效的解决LR-WPAN的能量受限问题。本文首先研究了IEEE802.15.4信标使能星型网络的CSMA-CA方案，提出了根据以往的传输状况动态设定初始竞争窗的改进退避算法。Ns-2的仿真结果表明，这样的改进方案在业务负载比较高或者包的大小比较小的时候可以更有效地减少数据包碰撞概率和重传概率，从而可以减少能量消耗并且提高吞吐量性能。但是实验结果也显示了这样的方案带来了网络中V上海交通大学硕士学位论文节

3、点公平性的问题，在实际的应用中需要根据不同的需求进行权衡。由于发送过程占据大部分的能量消耗，因此本文的另一项工作就是通过采用功率控制方案来减少LR-WPAN网络的发送功率，根据帧的发送功率、接收功率以及能够正确检测并解码信号的能量门限求得该节点下次向此次发送数据的节点发送数据时所需的最小功率，并且通过改变IEEE802.15的MAC层帧结构来设置八个功率等级，保存最小发送功率所对应的功率等级，以便在下次发送帧前通知物理层以相应的功率发送数据。仿真结果显示，这样的功率控制方案可以降低LR_WPAN网络的有效能耗，但吞吐量性能由于发送功率的不对称而降低，因此在实际的应用中

4、需在两者之间取得平衡。由上可见，通过动态设置每次CSMA-CA时的最小退避指数，以及动态调整发送功率的方案都可以有效地降低网络的能量消耗，提高网络的性能，可以很好地解决LR-WPAN的能量受限问题。关键词：IEEE802.15.4，能量有效性，CSMA-CA，功率控制VI上海交通大学硕士学位论文THESTUDYONTHEENERGYEFFICIENCYINLOWRATEWPANSABSTRACTWPANisawirelesscommunicationnetwork,thesameasWWAN,WMANandWLANbutitcoversshorterrange.LR-

5、WPAN,definedbyTG4ofIEEE802.15,issimilartoWSNs.SoitisstudiedbymanyinstitutionsasthecommunicationspecificationofWSNs.Assensorsareenergylimited,howtosaveenergyisthemostimportantthinginLR-WPAN.SoourworkfocusedontheenergyefficiencyinLR-WPAN.Transmissionandcollisionprocessesconsumelargepartof

6、energyincommunicationwhichoccupieslargeamountofenergyinLR-WPAN.Sodecreasingtheenergyconsumptioninthesetwoprocessescanefficientlyresolvetheenergy-limitedprobleminLR-WPAN.Inthispaper,wefirstlystudiedCSMA-CAschemeinslottedbeacon-enabledstarnetworkforIEEE802.15.4.Weputforwardanenhanceback-o

7、ffscheme,inwhichtheinitialback-offwindowcouldbedynamicallychangedasthepasttransmissionconditions.TheproposedschemecandecreaseVII上海交通大学硕士学位论文thecollisionratioandtheretransmissionratio,resultinginsignificantlypowersavingandthroughputimprovementwhenthetrafficloadishighorthepackets