無線傳感器網(wǎng)絡MAC層協(xié)議分析及設計.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡是由低成本、低功耗、具備感知、數(shù)據(jù)處理、存儲和無線通信能力的微型傳感器節(jié)點通過自組織方式形成的網(wǎng)絡。在無線傳感器網(wǎng)絡中，傳感器節(jié)點通常是以電池供電，而且不易進行電池更換，因此，能量節(jié)省是無線傳感器網(wǎng)絡研究中的主要目標之一。
　　MAC協(xié)議的作用是確保節(jié)點的傳輸之間不存在干擾，以及在發(fā)生沖突后做出一定的補償。另外，對于無線傳感器網(wǎng)絡來說，MAC層協(xié)議還要考慮降低節(jié)點能耗的問題。能耗與延遲較大一直是無線傳感器網(wǎng)絡存在的問

2、題，現(xiàn)有基于無線傳感器網(wǎng)絡的MAC協(xié)議尚未很好地解決上述問題。本文首先分析無線傳感器網(wǎng)絡MAC層協(xié)議的特點與挑戰(zhàn)，然后以幾種典型無線MAC協(xié)議為例進行了分析，并指出現(xiàn)有協(xié)議存在的種種不足。
　　本文對S-MAC進行了改進，并由此設計出DRMAC（Double Random MAC）協(xié)議。DRMAC采用S-MAC中的睡眠機制，使節(jié)點在沒有傳輸任務的時候進入睡眠以減少空閑偵聽所帶來的能耗。但是，S-MAC中采用的固定睡眠周期，不但會增

3、加端到端的延時，還會產生額外的控制開銷。并且由于需要頻繁交互SYNC幀已進行同步，采用S-MAC協(xié)議的網(wǎng)絡吞吐量收到了很大的影響。不同于S-MAC，DRMAC采用隨機的睡眠時間長度，避免了為進行實現(xiàn)同步而產生的控制包的傳輸。這樣不僅節(jié)省了控制開銷，進一步減小了空閑偵聽，同時減少了數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骄訒r。
　　本文首先在理論上闡述并推導了 DRMAC的能量消耗和延時，證明了采用DRMAC的節(jié)點消耗了比采用S-MAC所需的更少的能量，而所