水声传感器网络MAC协议的能效分析与仿真.pdf

《水声传感器网络MAC协议的能效分析与仿真.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、l0传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)2011年第30卷第3期水声传感器网络MAC协议的能效分析与仿真罗娜，陈名松，王方，薛鑫(桂林电子科技大学信息与通信学院。广西桂林541004)摘要：为了研究水下传感器网络多址接入(MAC)协议的能量损耗，在集中式拓扑结构下，对ALOHA和MACAW两种协议的能量效率进行了理论分析，并通过Matlab进行了仿真。结果表明：通过改进的MA—CAW协议在网络节点数较多，数据到达率较高，数据包较大的网络中比ALOHA协议具有更高的能量效率。关键词：水声

2、传感器网络；能量效率；ALOHA协议；MACAW协议中图分类号：TN929．3文献标识码：A文章编号：1000-9787(2011)03-0010-03AnalysisandsimulationofenergyeficiencyofMACprotocolforunderwateracousticsensornetworksLUONa，CHENMing—song，WANGFang，XUEXin(SchoolofInformationandCommunications，GuilinUniversityofElectronicandTechno

3、logy，Guilin541004，China)Abstract：TostudytheenergylossoftheMACprotocolforunderwatersensornetworks，theenergyefficiencyoftheALOHAandMACAWareanalyzedandsimulatedbasedonMatlabincentralizedtopology．TheresultsshowthattheimprovedMACAWprotocolhasmuchhigherenergyefficiencythanALOHA

4、protocolinnetworkwhichhasmorenodes，dataarrivalrateandlargerpacketsize．Keywords：underwateracousticsensornetworks；energyeficiency；protocolofALOHA；protocolofMACAW0引言1协议的概述随着海洋探索的发展，水声传感器网络越来越引起广为了简单起见，假定水声传感器网络是一种集中式单泛的关注。它广泛应用于海洋数据收集、海洋环境监测、资跳网络。传感器节点被固定在海底中，用于收集海洋数据，源勘探以及灾

5、难预测等，是21世纪新兴技术之一。然而，每个传感器节点将收集的数据发送给汇聚节点。其网络模由于水声信道的有限带宽、高误码率以及长传播时延，使得型如图1所示，其中，A，C，D，E是发射节点(传感器节点)，水声传感器网络相对于地面传感器网络的设计面临着巨大B为接收节点(汇聚节点)。的挑战。MAC协议的设计对网络影响非常大，它的主要作用就是协调和控制网络中的节点使用媒质，目的是减少数据包之问的碰撞，从而提高网络的性能。由于网络中节点是由电池供电，进行更换几乎是不可能的，因此，节点的能量受到限制，而能量也就成为制约网图1网络模型络寿命的关键因素。

6、所以，在MAC协议的设计中，能量效Fig1Networkmodel率是重点考虑的一个性能。本文主要研究r2种基于竞争1．1AL0HA协议的协议一AL0HA和MACAW。由于水声环境的特殊性，ALOHA协议的思想较简单，一个空闲节点有数据包到MACAW协议不能直接应用在水声环境中，通过改进之后，达，就立即发送该数据包，并期望不会和其他节点数据包发MACAW协议能很好地应用于水声网络，并获得较好的能生碰撞。在水声通信中，通常采用半双工的通信方式，为了量效率。提高网络数据传输的可靠性，在发送完一个数据帧之后，接收稿日期：2010-06—17基金

7、项目：广西信息与通讯技术重点实验室基金资助项目(10912)第3罗娜，等：水声传感器网络MAC协议的能效分析与仿真收节点要回复一个确认帧给发送节点。图2给出了ALO—每个节点数据包到达率为A，数据包大小为Sdatabits，确认帧HA协议的工作过程。ACK大小为SAcKbits，传感器网络中的节点数为n，一个数DATAACK据包发送持续时间为，数据传输速率为Rbits／s。其中＼、、、。r、]—=—：：，二一：，1：=5／R．(2)因此，数据包成功传送的概率为P=e一(一)Td一Fig2PrinciplediagramofALOHApro

8、tocol．f311．2MACAW协议那么，由于数据包发生碰撞而要进行重传数据包的重MACAW是在MACA的基础上增加了确认帧ACK。传次数服从1一尸的几何分布。所以，每传输一个数据包需MAC