基于低工作频率的无线传感器网络Flooding算法的改进

摘要

无线传感器网络自诞生起就备受人们的关注，被广泛的应用于生产生活中的各个方面。近年来，随着传感器技术、微电子技术和射频技术等技术的快速发展与日益成熟，在军事、航空航天和国家安全等各领域得到了更加广泛的使用。作为二十一世纪前沿科技代表之一，无线传感器网络拥有着非常宽广的应用空间。
　　无线传感器网络由成百上千价格低廉的微型传感器节点共同组合而成，节点之间以无线电作为通讯手段进行信息交流。由于网络节点自身携带的能量有限并且其工作环境一般十分的恶劣，如何降低节点的能耗，并在最大程度上延长网络的生命周期是无线传感器网络领域需要研究的重点问题。
　　无线传感器网络中，作为整个网络协议体系中最重要一部分的介质访问控制(MAC)协议直接管理着无线传感器网络的能量使用和有限通讯资源的分配。S-MAC协议采用侦听/休眠机制，网络节点周期性的休眠以节省能量，是典型的占空比固定的MAC协议。由于其工作频率固定，使得网络在轻负载下产生不必要的能量浪费，而在重负载下网络吞吐量下降并加剧网络节点对信道的竞争。本文从降低网络能量消耗和提高吞吐量的角度对低工作频率无线传感器网络泛洪广播 Flooding算法中的MAC协议进行研究，设计出了一种自适应占空比的动态信道接入协议—ADC-MAC(Adaptive Duty Cycle MAC Protocol)。主要研究内容为：
　　首先，结合排队论知识对传感器节点进行建模，进而在MAC协议中引入自适应占空比机制，当网络流量出现突发状况时能对节点的占空比空动态的做出调整。其次，提出了一种动态退避算法—AAC(Adaptive Avoid Collision)。该算法允许节点根据网络流量状况和节点自身信息，动态的改变其接入信道的能力防止节点之间二次碰撞冲突。最后的分析和仿真显示，改进后的方案能较好的提高网络总的吞吐量、降低网络整体能量消耗，证明ADC-MAC协议基本达到了MAC协议的设计目标。

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第1章绪 论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要研究内容和创新点

1.4 研究内容及结构安排

第2章低工作频率无线传感器网络概述

2.1 无线传感器网络系统结构

2.2 无线传感器网络特征

2.3 无线传感器网络应用

2.4 本章小结

第3章 无线传感器网络介质访问协议关键技术

3.1 MAC协议

3.2 退避算法的分类

3.3 无线传感器网络MAC协议的设计思想

3.4 本章小结

第4章 低工作频率无线传感器网络Flooding算法改进

4.1 低工作频率Flooding算法问题概述

4.2 动态工作频率调整

4.3 退避算法

4.4 本章小结

第5章 仿真实验与评估

5.1 网络模型及仿真参数

5.2 仿真结果分析

5.3 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

攻读硕士期间已发表的论文

致谢