移动无线传感器网络mac协议及跨层优化研究

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1、分类号：TP393单位代码：10364密级：公开学号：13720457安徽农业大学学位论文移动无线传感器网络MAC协议及跨层优化研究Researchofmediaaccesscontrolprotocol&cross-layeroptimizationformobilewirelesssensornetworks研究生：曹一明指导教师：饶元副教授合作指导教师：申请学位类门类别：工学硕士专业名称：计算机应用技术研究方向：无线传感器网络所在学院：信息与计算机学院答辩委员会主席：2016年6月独创性声明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

2、的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽农业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。研究生签名：时间：2016年6月10日关于论文使用授权的说明本人完全了解安徽农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意安徽农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。(

3、保密的学位论文在解密后应遵守此协议)研究生签名：时间：2016年6月10日第一导师签名：时间：2016年6月10日摘要随着硬件技术和无线网络通信技术的发展，无线传感器网络已经获得了空前的关注，诸如军事入侵、生态环境、智能农业、物流商品监测等领域中已经得到了广泛的应用，并被寄予更广阔的发展期望。在海洋洋流、河流水域、野生动物群落、大气气流等监测应用中，无线传感器网络节点都会处于移动状态，这就要求无线传感器网络技术能具备一定的节点移动性适应特质。而传统的无线传感网中节点一般处于静止状态，且传统技术对节点可移动情况的适应性较差。因此，对移动无线传感器网络技术的研

4、究是非常重要且紧迫的。协议部分一直是无线传感器网络的研究热门与难点。其中MAC协议具有分配节点的无线信道使用权与控制节点物理层状态的功能，更是与网络的QoS性能密切相关，对于网络整体性能至关重要。同时，各层间独立的横向研究已经不能满足日益提升的传感器技术与应用需求，跨层优化设计也越来越被重视，通过不同层之间信息的灵活交互对网络整体性能的提升有着重大作用，最终使得网络无线传感器网络能为应用更好的进行服务。因此，本文做了如下研究：1、本文建立了概率分析模型，对传统的MAC协议机制——包括802.11DCF（无睡眠）机制、睡眠机制、自适应侦听机制以及不同的dut

5、yCycle值对网络时延和稳定性的影响做了深入的分析，提出了相关分析结论：在无睡眠模式中，网络时延和稳定性很好，并且与竞争窗口直接关系；睡眠模式的引入大大降低了时延和稳定性性能，自适应侦听机制针弥补了睡眠的不足，提高了网络时延和稳定性表现。进一步通过调整dutyCycle值能够有效的控制网络时延和稳定性。最后，对仿真结果进行分析得到的结论与概率模型分析得到的推论保持一致。2、论文提出了一种移动无线传感网基于负载推测的流量自适应MAC协议——LSTAP，其包括了两部分：基于负载推测的竞争窗口自适应机制（LSCA）和基于跳数区分的自适应占空比截断机制（HDAI

6、）。LSCA提出了一种截断连续控制指数叠加退避算法，通过将网络区分为冲突频发态和冲突非频发态来区分对竞争窗口的调整策略，并通过一个连续控制指数在面对网络负载发生变化时协议在这两种状态间的灵活转换。通过仿真分析，证实了LSCA机制比固定竞争窗口和二进制指数退避算法在时延、碰撞率、吞吐量和能量有效性方面的优势。HDAI机制通过网络中节点距Sink的跳数和邻居节点个数来维持一个AIT值，用这个值来控制何时提前截断网络的工作状态；并在节点移动导致节点周围网络状况发生改变时及时调整AIT来保证节点处于最佳工作状态。通过仿真分析证实了虽然该协议时延和吞吐量性能比SMA

7、C略微降低，但是大大的提高了网络的能量有效性。最后，将LSTAP和SMAC协议进行I仿真分析对比，仿真结果表明LSTAP确实在时延、吞吐量和能量有效性方面要优于SMAC。3、论文提出了一种面向移动无线传感网的按需路由协议ORPB。相比AODV协议，ORPB协议利用相同的路由发现过程，不仅建立了一条主要路径，并且还通过策略计算选取了一个跳数小且独立性高的备份路由作为冗余，以保证在主要路由条目失效时，备份路由能够有效的承担数据传输工作。并通过所有能利用的路由控制信息来实时维护保障主要和备份路由保持在最佳状态。仿真分析表明，ORPB在路由开销、时延、分组投递率和

8、能量有效性上比AODV所有提高。其次，本文通过对根据跨层优化方法的