低功耗无线传感器网络MAC协议的研究

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1、工学硕士学位论文低功耗无线传感器网络MAC协议的研究魏梦龙哈尔滨工业大学2006年12月国内图书分类号：TP393.4国际图书分类号:681.324工学硕士学位论文低功耗无线传感器网络MAC协议的研究硕士研究生：魏梦龙导师：张焕水教授副¥师：李立宏博士申请学位：工学硕士学科、专业：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2006年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP393.4U.D.C:681.324DissertationfortheMasterDegreeof

2、EngineeringRESEARCHONLOWPOWERWIRELESSSENSORNETWORKMACPROTOCOLCandidate:Supervisor:AssociateSupervisor:AcademicDegreeAppliedfor:Specialty:Affiliation:DateofDefence:Degree-Conferring-Institution:WeiMenglongProf.HuanshuiZhangAssociateProf.LiLihongMasterofE

3、ngineeringMechanicalElectronicEngineeringShenzhenGraduateSchoolDecember,2006HarbinInstituteofTechnology摘耍自动配置的无线传感器网络在民用和军用方而具冇极高的价值，可以在大范围内用于收集、处理和发布复朵的环境数据。无线传感器网络屮的节点一般釆用电池供电，可以使用的电量非常有限，而且对于有成千上万节点的无线传感器网络来说，对电池的更换是非常困难的甚至是不可能的。但是无线传感器网络的生存时间却要求长达数月

4、甚至数年，因此，如何在不影响功能的前提下，尽可能节约无线传感器网络的电池能量成为无线传感器网络软硬件设计屮的核心问题，也是当前国内外研究机构关注的焦点。本课题研究的目的在于通过分析无线传感器网络信道接入层的特点为无线传感器网络信息传输机制捉供理论依据，找到适合无线传感器网络特点的信道接入机制和功率控制方法。本文通过实验仿真比较了多种无线传感器网络的功率控制算法的优劣。在对无线网络的传输机制和功耗特点进一步分析的基础上，给出基于博弈理论的功率控制计算方法。研究内容主要包括以下几个方而：(1)对无线传感器

5、网络信道接入技术和能耗节省技术作了深入研究，探索适合无线传感器网络特点的信道接入机制。(2)对已有的基本功率控制方法，改进的PCM功率控制方法，适用无线传感器网络特点的分布式功率控制算法和基于全局信息的功率控制算法做了详细的性能分析，总结了每种协议的优缺点，以及对我们今后工作的启示。(3)提出从博弈论角度考虑无线传感器网络功率控制的策略，设计新的反映网络性能的效用函数，给出功率迭代算法。试验证明，基于博弈思想的功率控制算法能适合无线传感器网络能耗有限的特点，在网络连接质量与功耗之间找到最佳平衡点，使网

6、络资源达到最优分配的效果，实现延长网络的寿命的口的。关键词信道接入；功率控制；功耗；博弈论AbstractWirelesssensornetworkisofgreatvalueinmanyrespect,itcancollectandgivecomplexdetecteddatainlargescale.Thenodesofthewirelesssensornetworkarepoweredwithbattery,butthebatteryhaslimitedelectronicpowerandals

7、oitisverydifficulttorechargethesebatteriesbecausetherearesomany.Thelifeofthewirelesssensornetworkshouldbeseveralmonthsoryears-Sothemostimportantthingistosavepowerofthenodesontheconditionnottoaffectthenormalworkingofwirelesssensornetwork,manyresearchcent

8、ersfocusonthisproblem.Thisthesisaimsatestablishingpracticalmediaaccessmodelsforthetransmitingrulesofwirelessnetworkandtrytofindarightpowercontrolmethod.Throughexperimentsandsimulations,wecompareseveralpowercontrolthemesthenweanal