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1、超宽带无线传感器网络的MAC协议研究综述SummaryonMACProtocolforUltra-WidebandWirelessSensorNetworksAbstract:TheUltra-wideband(UWB)techniquecanprovidemanyadvantagesovercurrentwirelesscommnunicationmanners.ApplyingUWBtowirelesssensornetworks(WSN),theperformanceofWSNwouldbeimproved
2、significantly.Currently,therearemuchlessMediumAccessControlProtocol(MAC)forUWBwirelesssensornetworks.Suchbeingthecase,weutilizethefeaturesofUWBandthenillustratethewayofdesigningtheappropriateMACforWSN.WemainlydiscussthechoiseofUWBsignal,channelaccess,code,nea
3、r-fareffect,powercontrol,ratecontrol,ranging,positioningandsoon.Furthermore,weprovidetheadaptationschemejointedwithcross-layeridea.Insum,thearticleintroducesthesystematicalsolutionforthedesignandoptimizationofMAClayerinUWBwirelesssensornetworks.Keywords:Ultra
4、-widebandWirelessSensorNetworks,MediumAccessControlProtocol摘要：超宽带技术能提供许多现有无线通信方式无法提供的特性。将超宽带技术应用于无线传感器网络能使网络性能得到很大改善。目前，针对超宽带无线传感器网络的MAC协议研究较少。本文针对超宽带的特性，结合无线传感器网络的特点，着重从超宽带信号的选择、信道接入方式、编码方式、远近效应、准入控制、功率控制、速率控制、测距和定位等方面阐述如何设计适合超宽带无线传感器网络的MAC协议。同时为了提高整体网络性能，利用
5、跨层设计的思想给出适合超宽带网络自适应策略。全文介绍了超宽带无线传感器网络MAC层设计和优化的系统解决方案。关键词：超宽带无线传感器网路；MAC协议1引言1988年MarkWeiser提出了“普适计算”的思想，强调把计算机嵌入到环境或日常工具中，让计算机本身从人们的视线中消失。在“普适计算”思想的催生下，随着无线通信技术、数字信号处理以及传感器技术的高速发展和日益成熟，促使计算、通信和传感器等多项技术交叉应用，为以信息获取、信息处理和传输为基础的无线传感器网络提供了有力的技术支持。无线传感器网络在军事、工业、医疗
6、、灾害预报等领域都具有广阔的应用前景，特别是在生化危险环境的探测、特殊地域或特殊工作环境的监测以及军事侦察与跟踪等方面，具有重要的应用价值。超宽带无线电（UWB）是近年来发展迅猛的新型通信方式，它直接发射脉冲，无须中频和射频电路，尤其适合微小传感器节点的设计。超宽带技术与其他的一些无线技术相比具有以下特点：(1)具有极宽的频谱（3.1G到10.6G）；（2）可在近距离获得极高的数据传输速率，且在实现高达20～500Mbps数据传输的同时有着低功耗的显著优点；（3）在处理数据速率方面具有较高的灵活性，能根据传输参数
7、和环境的不同而匹配最佳的数据速率；（4）具有很强的固有抗多径衰落和干扰能力；（5）穿透性强；（6）具有精确的测距和定位能力，定位精度高达厘米级；（7）具有距离、速率和功率的互换性；（8）非常简单的收发信机结构和硬件电路；（9）空间传输容量大；（10）功率谱密度低，信号隐蔽性好。综上所述，利用超宽带冲激无线电作为无线传感器网络的基本传输手段，将解决基于正弦无线电的传感器网络的很多困难问题，特别是在功耗、成本、体积、网络容量、定位功能、信号隐蔽性、与其他系统的共存性以及高速传输等诸多方面超宽带冲激无线电具有独特的优势
8、。MAC层的功能是控制网络中的各节点对共享信道的接入,网络的性能如吞吐量、时延等直接依赖于所采用的MAC协议,其重要性显而易见。而由于无线网络节点移动性和信道的时变性,容易产生帧丢失、突发损失、帧时延等问题,要充分发挥UWB的优势同时减小其同步时间相对于高速传输速率较长的影响,必须针对UWB技术的物理层特点对MAC层进行设计。当前有关UWB的MAC研究，主要是利用UWB极
