無線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層退避算法及功控算法研究.pdf

1、由于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，具有快速展開、抗毀性強(qiáng)等特點(diǎn)，引起人們的廣泛關(guān)注，它在軍事監(jiān)控與環(huán)境監(jiān)測(cè)，地震與氣候預(yù)測(cè)，地下、深水以及外層空間探索等許多方面都具有廣泛的應(yīng)用前景?？梢哉f無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是信息感知和采集技術(shù)的一場(chǎng)革命，是21世紀(jì)最重要的技術(shù)之一。媒質(zhì)接入層（MAC）技術(shù)是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中最具挑戰(zhàn)性的一部分，而節(jié)能則是MAC協(xié)議的首要問題。
　　無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件具有功能簡(jiǎn)單、低成本、低功耗、低數(shù)據(jù)率、發(fā)射

2、功率小的特點(diǎn)，并且應(yīng)用于多種復(fù)雜環(huán)境，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化快、無中心化，這使得一些傳統(tǒng)的MAC層技術(shù)難以保證較好的性能。因此，研究對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境有一定適應(yīng)能力的自適應(yīng) MAC技術(shù)具有重要的意義。本文基于系統(tǒng)性能分析與優(yōu)化，對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò) MAC層自適應(yīng)退避算法和自適應(yīng)功率控制算法進(jìn)行了較深入的研究。
　　本文首先針對(duì)MAC層CSMA接入方式提出一種能自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量且有效避免二次沖突的AASC退避算法。針對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能量限制和多

3、跳中繼通信的特點(diǎn)，利用 OPNET建立了多跳拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、節(jié)點(diǎn)、協(xié)議各級(jí)仿真模型，仿真分析802.15.4標(biāo)準(zhǔn)使用的退避算法支持多跳中繼通信方式和多種應(yīng)用的性能，指出該算法的不足。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵問題之一，如何傳輸其它節(jié)點(diǎn)的中繼數(shù)據(jù)進(jìn)行了研究，仿真對(duì)比了中繼數(shù)據(jù)優(yōu)先傳輸?shù)暮锰?。提出了能自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)流量且有效避免二次沖突的AASC退避算法，利用 Markov鏈理論分析了該算法的性能，給出了與802.15.4標(biāo)準(zhǔn)采用

4、的退避算法的仿真對(duì)比數(shù)據(jù)，理論分析和仿真證明 AASC退避算法在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)目變化時(shí)有更高的吞吐量，能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)能量，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量。
　　其次指出已有的基于博弈論的功控算法不能適用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，提出利用 MAC協(xié)議的交換信息在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)分布式非合作博弈自適應(yīng)功率控制算法。由傳感節(jié)點(diǎn)的非中心控制和相互作用，以及盡量減少網(wǎng)絡(luò)開銷的觀點(diǎn)，提出利用 MAC協(xié)議的交換信息實(shí)現(xiàn)基于博弈論的分布式功控算法，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的

5、多跳中繼通信方式，進(jìn)一步考慮加入自適應(yīng)調(diào)節(jié)因子，使功控算法適應(yīng)流量變化，分析了基于博弈論的分布式自適應(yīng)功控算法的收斂速度、穩(wěn)定性、公平性等，證明該非合作博弈自適應(yīng)功控算法提高了網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能性能。
　　最后指出由于MAC層會(huì)對(duì)路由協(xié)議有影響，所以評(píng)估路由協(xié)議時(shí)應(yīng)該將媒體接入層與網(wǎng)絡(luò)層聯(lián)合考慮。首先介紹了比較有代表性的節(jié)能分層路由協(xié)議—LEACH路由協(xié)議，然后分析了MAC層采用的基于博弈論的功率控制算法對(duì) LEACH協(xié)議的影響，仿真證明