无线传感器网络MAC协议中退避算法的研究

摘要

在无线传感器网络中,介质访问控制(MAC)协议决定了无线信道的使用方式,在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,用来构建传感器网络系统的底层基础结构,对传感器网络的性能有较大影响。相对于有线网络,无线环境下的MAC技术要面对更多的问题,尤其对于能量受限、频率资源宝贵和网络拓扑结构动态变化的无线传感器网络而言,设计一种节能高效的MAC协议至关重要。
　　本文从网络信道分配方式的角度,对MAC层协议进行了分类,介绍了几种比较典型的MAC协议,并对它们进行了分析比较;在对MAC层能量消耗的主要原因进行分析的基础上,对基于竞争机制的MAC协议中的退避机制进行了探讨,通过借鉴无线网络中相关的退避算法,给出了一种无线传感器网络MAC层退避机制的改进方案。改进的退避算法的基本思想是通过加入初始竞争窗口的参数,采用时隙利用率对当前信道的忙闲状态进行评估,使节点能够根据当前网络信道的状况来调整其竞争窗口的大小,减少发送数据冲突的同时,提高了能量利用率和系统吞吐率。仿真中,本文将改进的退避方案在无线传感器网络基于竞争机制的具有代表性的MAC层协议S-MAC中加以应用,完成了改进算法在NS-2中的仿真实现,实验表明改进后的退避方案在能量消耗、吞吐量等方面的性能有很好的提高。
　　本文最后对所做工作进行了总结,并提出了今后的研究方向,如在硬件实验平台上进行实际性能的测试,对改进算法进行进一步的探讨,使之能适应不同拓扑的网络结构等。

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1 引言

1.1 课题的背景

1.2 研究现状及意义

1.3 本文的研究工作和组织结构

2 无线传感器网络MAC协议的分析

2.1 无线传感器网络协议体系

2.2 无线传感器网络现有MAC协议分析

2.3 MAC协议设计的关键问题

2.4 本章小结

3 MAC层协议中改进退避方案的提出与设计

3.1 基于竞争机制的MAC协议相关理论

3.2 MAC层协议退避算法分析及改进

3.3 本章小结

4 改进算法的仿真实现与性能分析

4.1 改进算法的仿真测试

4.2 算法性能分析

4.3 本章小结

5 总结

致谢

参考文献