基于ieee 802.15.4的无线传感器网络的节能mac协议研究based on the ieee 802.15.4 energy-saving mac protocol of wireless work (wsn) research.docx

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摘要
摘 要
在环境数据监测、军事战场监测等众多领域日益增长的应用需求下,无线传感器网络(Wireless work, WSN)成为目前研究的热点。WSN 最大特点是节点能量有限且难以补充,因此如何节能、最大限度延长网络生命周期是 WSN 研究的核心问题。围绕节能问题,业界在电路实现、MAC 协议与路由协议设计等方面进行了大量的研究。本文以 IEEE 非信标模式()MAC 协议为基础,针对多跳 WSN 网络和不同的应用环境,进行节能 MAC 协议的研究。具体设计了一种适合周期性数据收集应用的 S- 协议,并以此为基础,进一步设计了一种适合低频率数据上报兼有突发业务的 B-S- 协议。
IEEE 非信标模式()没有休眠机制,不能有效节省能耗。本文在 协议基础上,从减少空闲监听时间和降低冲突两方面降低能耗,设计了适用于周期性数据收集应用的 S- 协议。S- 协议利用了数据收集的特点,采用交错休眠机制减少了空闲监听时间,并针对交错休眠机制带来的严重冲突问题,设计了冲突解决机制。通过网络仿真软件 NS2 仿真,验证了 S- 协议比 协议具有更高的能效性。
低频率数据上报兼有突发业务的应用是另外一种典型的 WSN 应用。已有一些 MAC 协议能处理突发数据,如 DMAC 协议,但 DMAC 协议处理突发数据存在严重的冲突问题。而 S- 协议的活跃占空比不能动态的调整,导致突发数据的丢失。本文在 S- 协议的基础上,设计了适用于低频率数据上报兼有突发业务应用的 B-S- 协议。B-S- 协议也采用 S- 协议的交错休眠机制,降低了能耗。根据突发数据的特点,采用请求回复机制动态的调整活跃占空比,使数据能快速的到达 Sink 节点。通过 NS2 仿真,与 S- 协议、DMAC 协议相比,B-S- 协议不仅具有更高的能效性,而且降低了端到端的平均丢包率和端到端的平均时延。
关键词:无线传感器网络,MAC 协议,IEEE ,能效性
I
ABSTRACT
ABSTRACT
Because of the incremental demand growth of many application fields, such as environmental data monitoring, military field monitoring, Wireless work (WSN) es a hot topic. The biggest characteristic of WSN is that power supply for nodes is limited and hard to replace, so energy-efficient is the key issue of the study in WSN. On energy-efficient, there are a lot of research in the fields, such as the realization of the circuits, MAC protocols and routing protocol. In this paper, aiming at multi-hop and different scenes, we study in energy-efficient MAC based on nonbeacon-enabled () mode of IEEE . We propose S- protocol which is suits the periodic data gathering applications. Furthermore, B-S- protocol based S- protocol is proposed and suits th