無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議研究與設(shè)計(jì).pdf

1、集成了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和無線通信四大技術(shù)而形成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的信息獲取技術(shù)，可廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)控制、生物醫(yī)療、環(huán)境檢測(cè)等諸多領(lǐng)域。MAC層協(xié)議決定無線信道的使用方式，是保障無限傳感器網(wǎng)絡(luò)高效通信的關(guān)鍵支撐協(xié)議之一，對(duì)無限傳感器網(wǎng)絡(luò)的性能有著極大的影響。因此針對(duì)MAC層協(xié)議的研究是相當(dāng)普遍的，而且具有非常重要的意義。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量大、單個(gè)節(jié)點(diǎn)能量極其有限，在設(shè)計(jì)MAC協(xié)議時(shí)有效節(jié)約能量，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生

2、命周期成為首要目標(biāo)。本文從低能耗、高吞吐率和低延時(shí)的角度研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層協(xié)議。本文首先分析了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)展現(xiàn)狀、體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議棧及其獨(dú)有的特征，然后給出了MAC層的能量消耗的主要原因與性能指標(biāo)，分析和比較了國(guó)外提出的幾種無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議，并借鑒其中的優(yōu)秀思想，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載較高的應(yīng)用，提出了一種基于競(jìng)爭(zhēng)和時(shí)分復(fù)用混合的高吞吐率、低延時(shí)、可擴(kuò)展的MAC協(xié)議---PR-MAC（PathReservation-MAC）。

3、 PR-MAC提出了基本長(zhǎng)度和倍增長(zhǎng)度的異步幀結(jié)構(gòu)（即調(diào)度周期），節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己的局部密度選擇實(shí)際工作的時(shí)幀長(zhǎng)度（為基本幀長(zhǎng)的整數(shù)倍）。時(shí)幀結(jié)構(gòu)被劃分成時(shí)隙預(yù)約階段和數(shù)據(jù)傳輸階段，在時(shí)隙預(yù)約階段提出了一種根據(jù)時(shí)隙優(yōu)先級(jí)的時(shí)隙選擇模型，各節(jié)點(diǎn)以競(jìng)爭(zhēng)方式預(yù)約時(shí)隙，提供了很好的可擴(kuò)展性。在數(shù)據(jù)傳輸階段節(jié)點(diǎn)能夠無沖突地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，有效降低節(jié)點(diǎn)的空閑監(jiān)聽和狀態(tài)轉(zhuǎn)換。通過網(wǎng)絡(luò)的異步幀配置，有效減少了高負(fù)載下節(jié)點(diǎn)匯報(bào)沖突概率，提高信道利用率，減