一种融合MAC和路由的无线传感器网络跨层设计节能协议

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1、一种融合MAC和路由的无线传感器网络跨层设计节能协议摘要：融合MAC和路由功能的跨层协议设计方案是高效的无线传感器网络协议的重要解决思路。在深入研究AIMRP协议的基础上，提出一种增强型的协议E-AIMRP。它针对事件检测与快速报告型应用，跨层融合设计MAC和路由功能，并解决了AIMRP中由于多节点检测和报告而造成的能量浪费问题，同时扩展了AIMRP的单节点检测拓扑模型。仿真结果表明，相对于AIMRP，E-AIMRP增强了协议的扩展性，进一步提高了节能效率和减少时延。关键词：无线传感器网络，跨层设计，能

2、量高效，E-AIMRPACrossLayerEnergy-EfficientProtocolforWirelessesSensorNetworkswithMACandRoutingintegrated【Abstract】CrosslayermechanismswithMACandroutingintegratedisanimportantsolutionforwirelesssensornetworks(WSN)protocols.ThispaperstudiedAIMRPin-depthandprop

3、osedanenhancedAIMRPprotocolE-AIMRP.Designingfortheeventdetectapplications,itintegrateMACandRoutingwithCrossLayermechanisms,furthermoreitsolvedtheproblemsinAIMRPoflowenergyefficientresultingfromthemulti-nodeeventdetectingandreports,andenhancethetopology.T

4、hesimulationresultsshowthatE-AIMRPoutperformsAIMRPforenergyefficiencyandtimedelayintheevent-detectionapplications.【Keywords】wirelesssensornetworks,crosslayerdesign,energyefficient,E-AIMRP1引言无线传感器网络(wirelesssensornetworks，WSN)是一种特殊的无线多跳分布式网络，它不需要固定网络的支持，具

5、有快速组网、休眠节能、抗毁性强等特点。WSN相对于传统的无线网络，有明显的资源吝惜和动态变化的特点，对其通信协议提出了特别的要求[1]。因此，使用一般性办法来设计的无线传感器网络协议通常不能利用应用特性的优点，从而使协议达到最优，并且这种一般性的协议有时在特定的应用中可能不适用。现在大多数的WSN应用可以分为以下四中类型[2](1)事件检测与报告。(2)监控与周期报告。(3)目标检测与追踪。(4)上面三种的混合型。本文的工作主要是针对第一种类型的应用，即事件检测和快速报告。这种类型的应用具有四个比较重要

6、特点(1)长时间处于不活动状态直到某一兴趣时间被检测到。(2)一旦事件被检测到，要求快速汇报给汇集节点。(3)事件汇报数据中通常需求有事件发生的位置信息。(4)多对单的通信模型。因此设计这类无线传感器网络应用的协议时，必须满足时延、位置需求，同时具备最小的能耗。在传统的通信网络中，对模块化和互操作性的需求导致了层次参考模型协议的出现。然而，对于WSNs，满足应用的特定需求和能量有效是最重要的。因此，当我们想有效地减少协议负载和减轻协议栈时，对协议的跨层操作和融合将成为我们的重要解决思路[4]。1.AIM

7、RP协议分析1.1AIMRP的应用模型和特点AIMRP[3]的应用模型是事件检测及快速汇报型WSN，如火灾检测应用。相应于它的应用模型，AIMRP的设计有以下的几个特点。(1)融合MAC和路由来最小化协议负载消耗，这是由AIMRP特定的网络拓扑决定的寻址机制。(2)没有每节点全局唯一固定的MAC地址和网络地址的机制，AIMRP使用随机的标识符作为此次发送数据的MAC地址，使用网络拓扑的层号作为路由地址。(3)不用节点之间交换信息的能量节省模型。AIMRP有几个假设前提：汇集节点不需要与特定的节点通信，只

8、需要在配置阶段进行一种广播的操作；事件能够被兴趣区域内的节点等概率地感知，并且仅仅只有一个节点能够感知和汇报此事件。1.2AIMRP的拓扑结构和帧格式AIMRP的拓扑结构如图1所示。AIMRP中假设所有的节点都是以汇集节点为中心来配置的，通过初始配置阶段，整个网络被组织成以汇集节点为中心的分层结构，从最里面层开始，各层分别被编号为1，2，3…，这样第n层节点可以通过n跳把数据转接给汇集节点。配置阶段完成后，整个路由发现也就跟随着完成，基于这