无线多媒体传感器网络mac协议研究与仿真

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1、无线多媒体传感器网络MAC协议研究与仿真作者姓名韩帅帅导师姓名、职称杨刚教授一级学科电子科学与技术二级学科电路与系统申请学位类别工学硕士提交学位论文日期2014年11月107011202120807学号学校代码TN91密级公开分类号西安电子科技大学硕士研究生学位论文无线多媒体传感器网络MAC协议研究与仿真作者姓名：韩帅帅一级学科：电子科学与技术二级学科：电路与系统学位类别：工学硕士指导教师姓名、职称：杨刚教授提交日期：2014年11月ResearchandSimulationonMAC protocolforWirelessMultimediaSe

2、nsor NetworksAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicScienceandTechnologyByHanshuaishuaiSupervisor:Prof.YangGangNov2014西安电子科技大学毕业论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢

3、中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期：西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，允许采用影印、缩印

4、或其它复制手段保存论文。同时本人保证，获得学位后结合学位论文研究成果撰写的文章，署名单位为西安电子科技大学。本人签名：导师签名：日期：日期：摘要摘要日益流行的无线传感器网络技术与多媒体新应用需求的结合促使了无线多媒体传感器网络（WirelessMultimediaSensorNetworks，WMSNs）技术的产生。无线多媒体传感器网络技术在给人们提供丰富媒体信息带来感官享受的同时也给媒体接入控制（MediumAccessControl，MAC）协议设计带来了严峻的挑战，如低时延、低能耗、高吞吐量等。本文首先介绍了无线多媒体传感器网络的研究现状、网

5、络系统结构、关键技术及其应用前景，然后分析了无线多媒体传感器网络的MAC关键技术。虽然现有的适用于无线传感器网络MAC协议应用到无线多媒体传感器网络中存在诸多局限，但是对其进行针对性的改进后可以应用于无线多媒体传感器网络的某些应用场景中。无线多媒体传感器网络的发展方向分为区分服务MAC协议、混合型MAC协议和跨层设计的MAC协议。传感器网络是面向应用的网络，大多数无线多媒体传感器网络中除了存在实时性敏感的多媒体业务流之外仍存在其它非实时性业务流。当实际应用中网络突发视频、音频流量不大时，应用基于竞争的MAC协议，仍能较好的处理应用要求。S-MAC协

6、议是经典的基于竞争的MAC协议。本文详细分析了S-MAC协议使用的策略：周期性监听/睡眠调度机制，让传感器节点长时间地处于睡眠状态来降低节点能量的消耗；对监听/睡眠调度周期进行管理和维护，将相邻节点组织在一起形成虚拟簇，相同虚拟簇中节点具有同步的调度周期，从而减少了空闲监听带来的能量消耗；通过自适应监听机制，让相关节点在数据传输结束的时刻自适应地唤醒并转发消息，减少了数据在网络中的传输时延。S-MAC协议的这些机制尽可能节省了节点能量。但是无线多媒体传感器网络中多媒体信息的数据量大，并且对信息的传输和处理又有着特殊的要求，如对网络服务质量（QoS，

7、QualityofService）的特殊要求，使S-MAC协议应用到无线多媒体传感器网络存在一定的局限性。本文结合无线多媒体传感器网络的特点，从保障网络QoS和提高网络性能出发，对S-MAC协议进行改进。本文提出了自适应竞争窗口调整算法（ACWA-MAC，AdaptiveContentionWindowAdjustmentinMAC）和基于数据类型的自适应占空比调整算法（DTD-MAC，DataTypebasedDesignofMAC）。ACWA-MAC中协议竞争窗口大小根据网络负载不同而变化。DTD-MAC统计数据分组发送的失败率来预测网络主要的

8、数据流类型，从而调整占空比来适应网络内数据流类型的变化。最后对新算法和机制在Linux环境下的NS2平台上进行了仿真验证。