ieee802154无线传感器网络性能分析及改进分析

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1、摘要摘要传感器技术、无线通信技术的进步，推动了无线传感器网络(wSN，WirelessSensorNetworks)的产生与发展。普遍接受的无线传感器网络的定义是：大规模、无线、自组织、多跳、无基础设施支持的网络，其中节点具有同构、低成本、体积较小等特点，被随意散布在工作区域采集数据，要求网络有尽可能长的生存时间。无线传感器网络在军事、环境监测、农业、工业控制等方面有很广泛的应用前景。IEEE802．15．4标准是IEEE标准化协会为低速无线个人网(LR．WPAN，Low．RateWirelessPersonalNetwork)制定的通信标准，它定义了LR．WPAN的物理层

2、和介质访问控制层。该标准具有低速率、低功耗、传输距离短、架构简单等特点，这些都很适合无线传感器网络。本文分析了大规模的应用IEEE802．15．4协议的无线传感器网络的性能，实现了小规模的基于IEEE802．15．4的无线传感器网络。为了使网络的能量消耗最小并且达到足够大的网络覆盖率，网络采用树型分簇拓扑结构并且使用信标。在文中我们分析了CSMA／CA算法和IEEE802．15．4标准的模型，性能参数是吞吐量和功耗，分析了SO和BO等标准参数对网络性能的影响。最后应用OPNET对我们的分析进行了仿真，并验证了分析的正确性。然后应用兼容2．4GHzIEEE802．15．4标准

3、射频芯片CC2420设计实现无线传感器网络，包括节点、路由算法的设计与实现，以及节点能耗的分析。因为协调器和设备的功耗差别很大，为了提高无线传感器网络的能量利用效率、延长网络的生存时间，我们提出了一种新的分簇算法，叫做基于能量和极大独立集的最小连通支配集算法，利用节点两跳以内的邻居信息和能量选举支配点(簇头)，非支配点(普通节点)根据就近原则加入到距离最近的支配点为簇头形成的簇中。仿真结果表明，本算法和其他分簇算法相比可以更好地平衡网络的能量消耗，提高全网的能量利用率，极大地延长网络的生存时间。关键词：无线传感器网络，IEEE802．15．4，网络性能，CC2420，基于能

4、量和极大独立集的最小连通支配集算法ABSTRA(了rABSTRACTTherapiddevelopmentofsensorwirelesscommunicationtechnologypromotestheappearanceandevolutionofWirelessSensorNetwork(WSN)．ItisgenerallyacceptedthatthedefinitionofWSNincludeslargescale，self-organization，multi—hopandnoinfrastructuresupporting．WSNnodeisalwaysst

5、ructure-identical，lowcostandsmallsize．Thenodesarerandomlydistributedinthemonitoringareaandcollectdata．ItisrequiredthatWSNmusthavealonglifetime．TheIEEE802．15．4standardisreleasedbytheIEEE802．15group4，whichissuitableforLow-RateWirelessPersonalAreaNetwork(LR-WPAN)．ThestandarddefinesLR-WPAN’SPH

6、YlayerandMAClayer．Thestandardwitllthefeaturesoflowrate，lowpower,shortcommunicationrangeandsimplestructureisveryfitforWSN．TheperformanceofIEEE802．15．4standardinalarge—scaleWSNapplicationisanalyzed．Tominimizetheenergyconsumptionoftheentirenetworkandtoallowadequatenetworkcoverage，IEEE802．15．4

7、peer-to-peertopologyisselected，andconfiguredtoabeacon-enabledcluster-treestructure．TheanalysisconsistsofmodelsforCSMA—CAmechanismandMACoperationsspecifiedbyIEEE802．15．4．Theperformancesofdeviceandcoordinatorareanalyzedintermsofpowerconsumptionandthroughput，andt