一种无线传感器网络犕犃犆协议优化算法

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1、第３５卷第３期计算机学报Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．３２０１２年３月ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＣＯＭＰＵＴＥＲＳＭａｒ．２０１２一种无线传感器网络犕犃犆协议优化算法刘云璐１）蒲菊华１）方维维２）熊璋１）１）（北京航空航天大学计算机科学与工程学院北京１００１９１）２）（北京交通大学计算机与信息技术学院北京１０００４４）摘要在无线传感器网络中，各节点采集的信息以多跳的方式传送到汇聚点．从各节点到汇聚点形成一棵以汇聚点为根的传输树．文中在对无线传感器网络传输特点分析的基础上，剖析了基于ＣＳＭＡ／ＣＡ（载波多路监听／冲突

2、避免）的ＭＡＣ协议在树状结构无线传感器网络中的弊端，提出了一种基于ＣＳＭＡ／ＣＡ的ＭＡＣ协议优化算法．算法基于节点在传输树中的位置信息调整其ＭＡＣ信道接入分配，将ＣＳＭＡ／ＣＡ采用的各节点均等竞争信道的方法优化为各节点依据在传输树中的位置情况竞争信道的方式，这一优化提高了节点公平性，使ＭＡＣ信道接入分配与树状结构的无线传感器网络传输特点相契合，解决了基于ＣＳＭＡ／ＣＡ的ＭＡＣ协议与树状结构无线传感器网络不匹配的问题，从而减少了信道资源浪费，提高了网络传输效率，降低了能耗．实验结果表明该算法在网络丢包率、吞吐量

3、和能耗方面的性能均有较大改进．关键词物联网；无线传感器网络；传输树；ＭＡＣ协议中图法分类号ＴＰ３９３犇犗犐号：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０１６．２０１２．００５２９犃犕犃犆犔犪狔犲狉犗狆狋犻犿犻狕犪狋犻狅狀犃犾犵狅狉犻狋犺犿犻狀犠犻狉犲犾犲狊狊犛犲狀狊狅狉犖犲狋狑狅狉犽狊ＬＩＵＹｕｎＬｕ１）ＰＵＪｕＨｕａ１）ＦＡＮＧＷｅｉＷｅｉ２）ＸＩＯＮＧＺｈａｎｇ１）１）（犛犮犺狅狅犾狅犳犆狅犿狆狌狋犲狉犛犮犻犲狀犮犲犪狀犱犈狀犵犻狀犲犲狉犻狀犵，犅犲犻犺犪狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犅犲犻犼犻狀犵１００１９１）２

4、）（犛犮犺狅狅犾狅犳犆狅犿狆狌狋犲狉犪狀犱犐狀犳狅狉犿犪狋犻狅狀犜犲犮犺狀狅犾狅犵狔，犅犲犻犼犻狀犵犑犻犪狅狋狅狀犵犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔，犅犲犻犼犻狀犵１０００４４）犃犫狊狋狉犪犮狋Ｉｎｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ（ＷＳＮｓ），ｄａｔａｃｏｎｖｅｒｇｅｓｔｏｓｉｎｋｓｖｉａｍｕｌｔｉｈｏｐｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｃａｎｂｅｄｅｓｃｒｉｂｅｄｂｙａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｒｅｅ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｗｅａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｃｏｎｆｌｉｃｔｂｅｔｗｅｅｎＣａｒｒｉｅｒＳｅ

5、ｎｓｅＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓｗｉｔｈＣｏｌｌｉｓｉｏｎＡｖｏｉｄａｎｃｅ（ＣＳＭＡ／ＣＡ）ｂａｓｅｄＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌｓａｎｄｔｈｅｔｒｅｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｉｎＷＳＮｓ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅａｄｄｒｅｓｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｏｆＷＳＮｓ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅｄａＭＡＣｌａｙｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＣＳＭＡ／ＣＡ．Ｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｅｑｕａｌｃｈａｎｎ

6、ｅｌａｃｃｅｓｓｓｔｒａｔｅｇｙｉｎＣＳＭＡ／ＣＡａｎｄａｄｊｕｓｔｓｔｈｅｃｈａｎｎｅｌａｃｃｅｓｓｓｔｒａｔｅｇｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｏｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｎｏｄｅｓｉｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｒｅｅｔｏｆｉｔｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｆｅａｔｕｒｅｏｆＷＳＮｓ，ｗｈｉｃｈｅｎｈａｎｃｅｓｔｈｅｎｅｔｗｏｒｋｆａｉｒｎｅｓｓ．ＴｈｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｔｏｉｍｐｒｏｖｅＭＡＣｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｌｏｓｓｒａｔｉｏ，ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔａｎ

7、ｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｎｄａｔａｌｏｓｓ，ｔｈｒｏｕｇｈｐｕｔａｎｄｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄｖｉａｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．犓犲狔狑狅狉犱狊ＩｎｔｅｒｎｅｔｏｆＴｈｉｎｇｓ；ｗｉｒｅｌｅｓｓｓｅｎｓｏｒｎｅｔｗｏｒｋｓ；ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｔｒｅｅ；ＭＡＣｐｒｏｔｏｃｏｌ收稿日期：２０１１０８３１；最终修改稿收到日期：２０１２０１０３．本课题得到国家自然科学基金（６０８０３

8、１２０）、国家教育部博士点专项基金（２００９１１０２１１００１７）、国家“八六三”高技术研究发展计划项目基金（２０１１ＡＡ０１０５００）资助．刘云璐，女，１９８１年生，博士研究生，主要研究方向为无线网络及无线传感器网络．Ｅｍａｉｌ：ｌｙｕｎｌｕ＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ．蒲菊华，女，１９７６年生，博士，副教授，主要研究方向为无线传感器网络、容迟网络．方维维，男，１９８１年生，博士，主要研究方向为无线网络