无线传感器网络多信道mac协议mcms的设计与实现

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1、摘要摘要一无线传感器网络是计算机科学领域一个新的研究热点，它在诸如地理探测、环境监测、国防军事、精细农业以及运输业、工业、商业等各个领域的广阔应用前景引起了学术界和工业界的高度重视。无线传感器网络的关键技术主要包括MAC协议、路由协议、低功耗技术、数据融合、网络管理、定位和安全等。其中，无线传感器网络的MAC协议直接控制物理层并向网络层提供服务，对传感器网络的性能有极大影响，是保证传感器网络高效通信的关键点和难点之一。本文主要针对无线传感器网络的MAC协议展开了研究。本文通过深入研究Adhoc网络和传感器网络中各种经典的单信道和多信道MAC协议，总结出了无线传感器网络的信道特征，并针

2、对此特征设计了无线传感器网络的一种多信道MAC协议MCMS(Multi．ChannelMACforSensornetworks)。该协议通过有效地融合动态信道分配机制、信道准预留机制、短帧机制和功率控制机制，在保证一定能量有效性的基础上，达到了降低网络的丢包率、提高网络吞吐量和提升抗干扰性能的目的。本文首先回顾了传感器网络的研究背景、传感器网络的特征、应用领域、当前国内外研究现状和网络体系结构，随后，本文研究了传感器网络MAC协议的面临的问题，并深入分析了一些经典的无线网络MAC协议特点。然后，在继承和改进多种经典协议的基础上，本文设计了针对无线传感器网络的多信道MAC协议MCMS。

3、最后，本文在SCINs实验平台上实现了MCMS协议，并通过大量实测验证了MCMS协议的性能。分析结果和实测结果表明，与传统的单信道协议相比，多信道的MAC协议MCMS可以显著降低网络流量较大时的网络丢包率，提高流量较大时的网络吞吐量，并且能够很好的改善网络抗干扰性能。关键词：无线传感器网络；MAC协议；多信道AbstractWirelessSensorNetwork州㈣isanewresearchareaofcomputerscienceandtechnology．Asithasawideapplicationfutureingeoph)7sicalmonitoring，precis

4、ionagriculture，habitatmonitoring，transportation，militarysystemsandbusinessprocesses，bothacademiaandindustriesareveryinterestedinit．ResearchofWSNscommunicationprotocolsincludesmediumaccesscontrol(MAC)protocols，routingprotocols，energyefficiency,datafusionandSOon．MACprotocolscontrolphysicallayer(P

5、HY)andprovidereliableservicesdirectlytonetworklayer,SOitisoneofthekeytechnologiesofWSNsandhaveagreatinfluenceonWSNsperformance．‘Throughin—depthstudysingle-channelandmulti—channelMACprotocolsofgeneralAdhocnetwork,weabstractachannelmodelofwirelesssensornetworks，andagainstthismodel，amulti—channelM

6、ACprotocolMCMSWaSdesignedforWSNsinthisdissertation．MCMSintegratedusedynamicchannelsassignmechanism,softreservemechanism,shortframemechanismandpowercontrolmechanism，toensureacertainenergyeffectiveness，andreducenetworkpacketloss，improvethenetworkthroughputandanti-jammingperformance．Firstly,thedis

7、sertationintroducedreserchbackgrounds，characteristics，applicationareasofWSNsandstructureofWSNs．Secondly,thedissertationdiscussedexistingMACprotocolsandkeysofMACprotocols．Thenanewmulti—channelMACprotocolnamedMCMSforWSNwasdesigned．T