负载动态变化的无线传感器网络mac协议研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文1．1项目来源第1章绪论本学位论文的研究工作主要得到如下项目的资助：教育部博士点基金“无线传感网络在结构健康监测中的数据同步和融合技术研究"(20050497006)新世纪优秀人才支持计划“无线传感网络技术在结构健康监测中的应用及装备(NCET-05．0657)湖北省青年杰出人才基金项目“面向结构工程健康监测的无线传感器网络研究”(2006ABB028)1．2研究背景1．2．1无线传感器网络概述随着半导体技术和通信技术的发展，我们已经由PC时代和网络时代进入到后PC时代。我们不再一味发展单

2、一的性能强大的可靠的通用计算机，而是倾向于生产廉价的具有有限的计算能力并能执行特定任务的微型计算平台，通过配备微型传感器感知周围的物理世界，从而完成一些传统计算平台所无法完成的任务。这就是“普适计算”的计算模式。无线传感器网络(WhlessSensorNetwork，WSN)作为“普适计算”的一个典型例子，它的出现标志着后PC时代的到来【l】。无线传感器网络是由随机分布的集成有传感器、数据处理单元和通信模块的微小节点通过自组织的方式构成的网络，网络借助于节点中内置的形式多样的传感器测量所在周边环境中的热、红外、声

3、纳、雷达和地震波信号，从而探测包括温度、湿度、噪声、光强度、压力、土壤成分、移动物体的大小、速度和方向等众多我们感兴趣的物质现象。在无线传感器网络中，节点通过飞机撒布、人工布置等方式，大量部署在感知对象内部或者附近。这些节点通过自组织方式构成无线网络，以协作的方式感知、采集和处理网络覆盖区域中特定的信息，可以实现对任意地点信息在武汉理工大学硕士学位论文任意时间的采集，处理和分析。这种以自组织形式构成的网络，通过多跳中继方式将数据传回SINK节点(网关节点)，最后借助SINK链路将整个区域内的数据传送到远程控制中心

4、进行集中处理。一个典型的传感器网络的系统结构包括分布式传感器节点(群)、SINK节点、互联网和用户界面等【2】，如图1．1所示。在无线传感器网络中绝大多数的节点只有很小的发射范围，而SINK节点作为WSN内部网络与远程控制中心的接口，发射能力较强，具有较高的电能，可以把数据发回远程控制节点。传感器域传感器节点图1．1无线传感器网络的体系结构如果说Intemet构成了逻辑上的信息世界，改变了人与人之间的沟通方式，那么，无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起，改变人类与自然界的交互方式。人们

5、可以通过无线传感器网络直接感知客观世界，从而极大的扩展现有网络的功能和人类认识世界的能力。2003年，美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为第一位。《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也位列其中。美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变革。无线传感器网络的应用前景十分广阔，由于在于军事、环境检测和预报、健康护理、智能家居、建筑物状态监控、复杂机械监控、城市交通、空间探索、大型车间管理，以及机场、大型工业园区的安全检测等

6、领域的广泛应用，正得到各国政府、军方、跨国公司和科研机构的广泛关注和高度重视，正成为当今世界工业界、学术界和军队的研究热点ll训。2武汉理工大学硕士学位论文目前，美国等发达国家在无线传感器网络领域方面的研究处于领先，开发出了许多较为成熟的产品，如Berkeley的SmartDust[51可以像尘埃一样悬浮在空中，并且开发出了专门的微型操作系统——-TinyOS。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元，帮助大学进行“智能尘埃”传感器技术的研发。英特尔研究实验室研究人员曾经将32个小型传感器连进互联网，以读出缅因州

7、“大鸭岛"上的气候【6'71，用来评价一种海燕巢的条件。国内诸如清华大学、中国科学院等著名研究机构也逐步开展研究工作，但由于起步晚，现阶段工作主要是一些综述性工作【3，81及跟踪研究工作【9．131。近些年，随着国内IC制造工艺提高、MEMS技术的飞速发展，迎头赶上的条件已经越来越成熟。国内关于这方面的研究也已经启动，如清华大学、哈尔滨工业大学等已经开展了这项工作，但关于这方面的文章很少，还处于摸索阶段。随着无线传感器网络的深入研究和广泛应用，无线传感器网络将逐渐深入到人类生活的各个方面。1．2．2研究背景与现状

8、不同与传统网络，无线传感器网络的MAC技术要面对更多的问题，尤其是节点能量受限问题，尽可能的节省能量是MAC协议的首要目标。在无线传感器网络的研究中虽然不断有新的MAC协议提出，但MAC协议的发展趋势并没有表现出收敛性，能满足无线传感器网络任何应用的MAC协议标准仍没有出现。究其原因，主要是因为无线传感器网络是一个应用相关的网络，而传感器网络的应用所关注的网络特性又各不相