无线传感器网络跨层自适应唤醒算法研究.pdf

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1、第26卷第1期传感技术学报Vo1．26No．1CHINESEJOURNALOFSENSORSANDACTUATORSJan．20132013年1月AdaptiveWake·upAlgorithminWirelessSensorNetworkDUANMeng，CHENLan，LUChao，LUWei(InstituteofMicroelectronicsofChineseAcademyofSciences，Beijing100029，China)Abstract：Timesynchronizationandenergyeficiencya

2、rethevitalproblemsinwirelesssensornetworks．Weproposeanadaptivewake-upalgorithmtomakeanodewakeupaccordingtoitsneedsadaptivelyandrealizemulti—-hopCO-operativetransmissionbyintroducingcross—layeroptimization．Noneperiodicsynchronizationisneededamongnodes，whichdecreasesenergy

3、costbroughtbyfrequentpackageswitchingandimprovesthereliabilityandenergyeficiencyofad—hocnetworksbasedonIEEE802．15．4standards．Bothsimulationandtestingaredone，andtheresultsshowthatbothreliabilityandenergyeficiencywereimprovedmuch．Cross—layeradaptivealgorithmcanbeextendedto

4、largescaleheterogeneousad—hocnetwork．Keywords：heterogeneouswirelesssensornetworks；energyeficiency；synchronization；adaptivewake—upEEACC：6150Pdoi：10．3969／j．issn．1004-1699．2013．01．018无线传感器网络跨层自适应唤醒算法研究冰段蒙，陈岚，吕超，卢威(中国科学院微电子研究所，北京100029)摘要：时钟同步与能耗有效性是无线传感器网络多跳传输关键问题。提出一种自适应唤醒

5、算法，在MAC层和网络层进行跨层优化，节点按需自适应唤醒，实现多跳网络的协同传输，能够有效降低系统能耗。该算法不需要节点间的周期性同步，减少了频繁的包交换带来的数据冲突与能量浪费，从而提高了网络可靠性和能耗效率，提高了基于IEEES02．15．4标准的多跳网络的节能效率。为了验证算法有效性，T作分别在NS一2仿真环境和实际应用场景下进行了仿真与测试验证，结果表明在传输可靠性和节能效率上均由较大提高。跨层自适应唤醒算法可进一步推广到大规模异构自组织网络中。关键词：异构无线传感器网络；能量效率；同步；自适应唤醒中图分类号：TP393文献标识

6、码：A文章编号：1004—1699(2013)Ol一0084—05无线传感器网络，是一种由大量传感器节点以自己业务需要进行自主、自适应调整唤／睡眠占空无线通信的方式，自组织形成的多跳无线通信网络。比的典型的传感器网络MAC协议，IEEE802．15．4_6j无线传感器网络具有低功耗、低成本、分布式和自组的超帧结构是基于这一思想设计的。织等特征¨J，能够在恶劣特殊环境下提供通信支无线传感器网络具有异构特点l7J，异构传感器持J，在军事、环境检测、医疗与智能家居等方面获网络包含了多种传感器节点，各自的传输带宽、数据得广泛应用。长度、唤醒周期

7、等差别较大。为实现整个多跳网络为实现环境信息的精密感知和保证节点能量的的通信畅通，节点间的协同传输成为首要解决的问有效性，节点间的协同感知和传输已成为传感器网络题之一。在IEEE802．15．4中，协同节点周期性广研究的热点问题。节点在无工作需要时自动进入睡播信标帧，实现与子节点的同步，这种方法在星状网眠状态，并根据业务需要，周期性的唤醒。通过调整络中得到很好的应用。由于信标帧不经过节点唤醒／睡眠的占空比j，使节点能量得到最大的CSMA／CA直接发送，在多跳网络中造成严重的冲合理化利用，是目前传感器网络节能常用的方法之突。同时，信标帧的

8、收发过程，对部分无需唤醒的节一S-MACJT-MAC_5等协议就是传感器节点结合。，点带来无效侦听功耗。项目来源：中国科学院战略性先导科技专项项目(XDA06040400)收稿日期：2012—09—07修改