无线传感网能量高效通信协议.doc

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1、EasiLink：—种无线传感器网络的能量高效通信协议摘要：本文针对环境监测传感器网络屮数据流量、传感器节点、无线信道的特点提HI—种无线传感器网络的能量高效通信协议实现方案——EasiLinkoEasiLink采用了跨层能量优化综合设计思想，它通过链路层、路由层不同粒度的休眠机制保证能量高效:通过路由层动态的链路质量评估、拥塞抑制机制信息反馈来保证选路优化、稳定：通过分级选路策略和实时拥塞发现、拥塞抑制保证节点公平性。EasiLink可以建立并维护从各传感器节点到基站的传输路径，将数据可靠地、无损地传输到基站，它具有能戢高效，选路优化、稳定，支持拥塞抑制等特点。关键词：无线传感器网络：

2、跨层能最优化：通信协议1引言当前无线传感器网络(WSN)研究是学术界和产业界共同关注的焦点。通信协议模块是传感器网络系统的重要纟H.成部分，任何无线传感器网络应用都离不开通信协议的支持。传感器网络通信协议实施过程屮而临不少技术难题⑴。首先，无线传感器网络屮传感器节点通常很小巧，节点的存储空间较小、能量储备较少、通信带宽较窄，因而限制了通信协议的时间、空间复杂度和通信报文开销。当前常规的无线通信协议由于协议开销较人，很难成功运行于大规模传感器网络上；其次，现有的人多数通信协议屮为了及时准确地估算各链路通信质量，网络节点往往需要消耗很多能量用于监听邻居节点发送的报文，在无线传感器网络环境下会

3、影响各节点和整个网络的运行寿命；再次，无线传感器网络屮无线链路通信质量的稳定性较差，造成网络拓扑频繁变化，必须及时调密数据传输路径來保证数据传输质量；另外,当无线网络增大到一定规模时容易出现网络拥塞现象，必须在发生上述情况时进行拥塞控制、减少网络丢包率。无线传感器网络的通信协议实施方案必须解决上述技术难题，既要保证数据传输的成功率，同吋还要满足协议开销少的要求n根据环境监测传感器网络屮数据流量、传感器节点、无线信道的特点，屮科院计算所无线传感网络实验室提出了一个跨层协作的通信协议栈一一EasiLink,它包括媒体访存控制(MAC1)协议(EasiLPL⑵)、路由协'议(EasiRT),还

4、有一些为了保证网络传输质量和降低能耗而采収的机制(EasiCC⑶)。EasiLink可以建立并维护从各传感器节点到基站的传输路径，将原始传感器数据对靠地、无损地传输到基站。它具有能量高效,选路优化、稳定,支持拥塞抑制等特点，主要体现在以下三个方面：1•基于地址信息封装的低能耗媒体访存控制协议(EasiLPL):EasiLPL协议不会增加任何开销，只是将数据帧的日的地址和源地址等信息封装到用于同步的长前导中。节点无需接收全部前导和数据帧就可以判断是否应该继续接收数据帧，从而有效地减少节点能量消耗。2.基于分级策略的路由协议(EasiRT)：在Ea’iRT屮，分级选路策略可以保证路由稳定性,

5、实现一定程度的负载平衡；基于滑动窗口的链路质量评估保证实时选择最优路径，加快路由的收敛速度；基于捎带式时间同步的集中丁•作、休眠机制能够减少大量的无谓能耗。MediaAccessController3.支持节点间公平性的拥塞抑制机制（EasiCC）：在EasiCC屮，各网络节点根据网络拥塞程度动态地、同步地调整报文过滤标准，结合报文过滤标准和报文优先级來调节网络流量，保证了无线信道带宽分配上的公平性；网络准入控制和队列丢包手段相结合來调幣网络流量，保证了网络综合性能指标。2EASILINKEasiLink是-一个采用了跨层能景优化方法设计的包括链路层、路由层并且支持拥塞抑制的通信协议栈（

6、见图1）。它通过链路层、路由层不同粒度的休眠机制保证能暈高效；通过动态的链路质量评估、拥塞抑制机制信息反馈，保证选路优化、稳定；通过分级选路策略和实时拥塞发现、抑制保证节点公平性。图1无线传感器网络能最高效的通信协议EasiLink2.1基于地址信息封装的低能耗媒体访存控制协议——EasiLPL目前，传感器网络媒体访存控制协议人都通过休眠/侦听转换达到节能目的，即在没有数据通信的吋候关闭无线模块，降低功耗，延长节点寿命。釆用这种方法吋，为了保证节点间通信正常进行，必须确保在源节点开始发送数据帧时，目的节点也同时处在工作状态。1=1前主要有两种机制用于实现这--点：同步报文同步和加长前导同

7、步。其屮加长前导同步机制使得相邻节点之间形成如下关系：源节点开始报文发送之后，它的所有邻居都会在前导发送的某个时刻进入侦听状态，开始侦听信道，并接收剩余的前导和实际的数据帧。但是对于网络屮占绝人多数的单播帧，除1=1的节点外，其他所有的接收节点都片片地消耗了人量的能量。节点密度越大、前导越长,造成的能量浪费就越多。我们针对长前导方法的媒体访存控制协议存在的问题，提出了一种基于地址信息封装的低能耗媒体访存控制协议——EasiLPL。在