面向能耗均衡的低占空比MAC協(xié)議研究與設(shè)計.pdf

1、近年來，無線傳感器技術(shù)的發(fā)展迅猛，其在國防軍事、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)控制、市政監(jiān)控等方面被廣泛應(yīng)用。但是，無線傳感器節(jié)點的電池電量是限制無線傳感器工作時長的一個重要瓶頸。因此，設(shè)計一種協(xié)議來優(yōu)化無線傳感器的能量消耗是一件非常重要的工作。同時，由于無線傳感器節(jié)點的工作環(huán)境惡劣，節(jié)點一旦失效，網(wǎng)絡(luò)中的無線傳感器節(jié)點數(shù)量減少，網(wǎng)絡(luò)的衰變時間就縮短，從而影響整個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的壽命。所以，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的失效速率，衰變時間也是很重要的。
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2、ch協(xié)議也是一種基于TDMA的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，Leach協(xié)議通過選擇每次網(wǎng)絡(luò)傳輸中的簇頭，使網(wǎng)絡(luò)中的簇頭不斷變化，從而使網(wǎng)絡(luò)中傳輸路徑不斷變化，改變了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)，由于傳輸路徑固定而導(dǎo)致的傳輸數(shù)據(jù)負(fù)載不平衡。由于網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸負(fù)載相較之前要更加均衡，所以網(wǎng)絡(luò)的衰變率會減緩，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點失效速率下降，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的生存時間得到延長。
　　低占空比協(xié)議是一種網(wǎng)絡(luò)節(jié)點周期性休眠，降低沒有數(shù)據(jù)傳輸時的空閑能量消耗的

3、協(xié)議。目前針對低占空比協(xié)議的研究集中在“預(yù)言包”低占空比協(xié)議和TDMA低占空比協(xié)議兩方面。但是，由于沒有合適的節(jié)點能量損耗均衡方法，目前的研究中都沒有如Leach協(xié)議中針對節(jié)點的能量均衡的一種低占空比協(xié)議。本文提出的TDL-MAC協(xié)議解決了這個問題(TDMA based Distributed Low DeathRate-Medium Access Control)。
　　本文研究了一種MAC層的控制無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗的協(xié)議低占空

4、比協(xié)議，并與傳統(tǒng)的MAC層低占空比進行比較。針對目前研究中，已經(jīng)在低占空比協(xié)議中提出的L-MAC不能控制節(jié)點能耗均衡的問題，借鑒Leach協(xié)議節(jié)點能量均衡的思想，提出了一種新的節(jié)點能量損耗均衡的協(xié)議。在L-MAC協(xié)議的基礎(chǔ)上對能量消耗也進行了優(yōu)化，對節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送碰撞避免算法進行了優(yōu)化。
　　其中能量損耗均衡的實現(xiàn)方式，是在路由層，節(jié)點發(fā)送路徑的選擇上，讓節(jié)點根據(jù)自己的剩余能量進行發(fā)送路徑上的節(jié)點選擇，避免發(fā)送途經(jīng)的能量過低節(jié)點承擔(dān)

5、過多的發(fā)送任務(wù);碰撞避免算法，是通過使節(jié)點記錄兩跳鄰居占用的時隙，避免了兩跳鄰居發(fā)送向同一個節(jié)點數(shù)據(jù)出現(xiàn)碰撞，從而可以有效提高一次性傳輸?shù)某晒β?對能耗的優(yōu)化，則是通過讓節(jié)點在發(fā)送的TDMA控制包中，加入目標(biāo)地址，避免因為接收節(jié)點接收多余的數(shù)據(jù)包并丟棄消耗的能量。
　　仿真實驗結(jié)果表明TDL-MAC協(xié)議能有效減緩節(jié)點失效速度，同時降低節(jié)點能耗。相較同樣基于TDMA的低占空比L-MAC協(xié)議，文中提出的協(xié)議增加的網(wǎng)絡(luò)時間延遲也是可以容