一种新的WSN随机多址MAC协议设计与性能分析

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1、云南大学学报(自然科学版)，2010，32(1):18～25CN53－1045/NISSN0258－7971JournalofYunnanUniversity一种新的WSN随机多址MAC协议*?设计与性能分析1，2111佘明辉，黄毛毛，赵东风，丁洪伟(1.云南大学通信工程系，云南昆明650091;2.湄州湾职业技术学校，福建莆田351254)摘要:提出了一种新的随机多址无线传感器MAC协议，通过划分分组发送时间1+a，采用p概率检测控制与1－坚持型控制策略，给出了协议实现的程序流程图和部分程序代码，并在硬件平台GAINZ上实现.对随机多址无

2、线传感器网络进行了理论分析，给出了系统的吞吐量和信息分组发送时延等重要系统参数，并对能量有效性进行了分析.通过仿真实验验证了理论分析的正确性.关键词:无线传感器网络;随机多址接入;概率检测型;1－坚持CSMA;协议设计中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号:0258－7971(2010)01－0018－08无线传感器网络(WSN)由集成有传感器、数案限制了对空闲时隙的有效利用，因而信道利用率据处理单元和通信模块的微小节点组成，这些节点较低;传统的CSMA由于持续侦听信道而消耗过量通过自组织的方式构成网络，借助于节点中内置的的能量，不适

3、于无线传感器网络.现有的改进方法传感器测量所在环境的温度、湿度、噪声、光强度、为:采用固定时间间隔的周期性侦听方案节省功［4］压力、土壤成分、移动物体的大小、速度、方向等众耗，如SMAC，但SMAC没有考虑公平性问题，而多人们感兴趣的物质现象.因其实用性得到广泛的且信道利用率也有所下降.应用，成为近年来国内外研究的热点.针对以上问题，本文提出了一种新的无线传感无线传感器网络的MAC协议设计既存在着自器网络MAC协议，改进型概率检测和1－坚持联组网MAC协议设计的共性问题，同时又存在其独合控制的随机多址协议(PDPRM，probability

4、detec-有的问题，如节点能量受限、网络负载较低以及数tionand1－persistentjointcontrolforrandommulti据流向相对固定等，对MAC协议的设计提出了新－access)把固定休眠时间和动态节点休眠相结［1］的挑战.研究人员从不同的方面提出了多种合.划分传输时间1+a，在分组发送时间期采用概［5］MAC协议，一般按照信道访问策略的不同可分为率p检测，p值的选择实现动态的休眠节点数目竞争协议、调度协议和混合MAC协议.有SMACS、的调整;在线路延时a内使用坚持型的接入控制，［2］基于CSMA的介质访问、T

5、DMA/CDMA组合方减少分组发送的时延;通过减少空闲检测时间和忙［3］案等.SMACS虽然有效地节省了能量的损耗，但时发送的碰撞来节省能耗.本文采用平均周期分析［6－7］是时隙的分配方案不够严密，不同节点的子网之间方法，分别对概率检测与1－坚持联合控制及可能永远得不到通信机会;TDMA/CDMA虽然有改进型概率检测与1－坚持联合控制协议进行了效地减小了冲突，但事先定义的信道和时隙分配方建模分析，得出了协议的系统吞吐量，信息分组的*收稿日期:2008－11－03基金项目:国家自然科学基金资助项目(60362001，F0424104).作者简

6、介:佘明辉(1965－)，男，福建人，硕士生，主要从事计算机通信网络方面的研究.通讯作者:赵东风(1957－)，男，教授，博士生导师，主要从事随机多址通信系统、轮询系统、网络通信工程等方面的研究.第1期佘明辉毛等:一种新的WSN随机多址MAC协议设计与性能分析19发送时延，节点的生命周期等关键性能指标.硬件采用GAINZ，是一款2.4GHz，WSN硬件开发平台，针对嵌入式传感器网络的研究而设计，1改进型概率检测与1－坚持联合控制的基于低功耗处理器芯片ATmega128L，射频部分采随机多址MAC协议设计用chipconCC2420芯片，扩展

7、存储采用容量达512与文献［5］的概率检测的不同之处在于，文献KB的低功耗Flash存储器.图5为硬件平台的结［5］中分组的一个传输期TP长为1+a，在这段时构图.间到达的分组都采用概率p检测的接入方式，而本文采用的PDPRM将传输期TP划分为1和a两部分，其中1为分组发送时所占用的时间，a为传播时延.在前一段时间1内到达的分组以概率p检测接入，在后一段时间a内到达的分组采用1－坚持接入.基于PDPRM的随机多址系统模型如图1所示.图1基于PDPRM随机多址系统模型图3程序实现流程图Fig.1ThemodelofPDPRMrandommul

8、ti－accesssystemFig.3Theflowchartofprogram传统的时隙式概率检测与1－坚持联合控制协议节点一直在工作状态下，加上空闲监听和时钟同步，消耗大量