面向无线多媒体传感器网络应用的低功耗接入控制协议研究

摘要

无线多媒体传感器网络是当前无线通信中的一个热门研究领域，它的应用前景极其广阔。无线多媒体传感器网络中拥有大量节点，而且适用的环境多变而又复杂，但是由于无线多媒体传感器网络中的节点受到有限资源的限制，尤其是节点的能量有限。因此，必须采用高效的节能机制，延长网络生存时间，并保证网络的通信质量。
　　 首先，本文研究和分析了WMSNMAC协议设计和改进中会遇到的问题和挑战，然后对EDCA协议的核心思想进行了研究，并对EDCA协议应用于WMSN中的可行性进行了分析。紧接着，又针对EDCA及其相关协议的几种节能算法进行了分析，并指出了这些算法存在的不足之处。
　　 其次，本文针对无线多媒体传感器网络的特性，在现有的IEEE802.11EDCA节能协议的基础上，提出了一种动态BI低功耗协议。在动态BI低功耗协议中，根据不同多媒体应用的需求，协议自适应的改变BI类型，使得节点的休眠时间按需改变，从而达到了较好的节能效果。
　　 然后，本文还提出了一种可变优先级分区-均匀分布协议。在此协议中将ATIM窗口依照优先级分区，然后在各分区中使用服从均分分布的随机序列发送ATIM帧，并根据碰撞情况自适应的改变相应帧的优先级，从而有效降低了帧的碰撞概率，提高了网络吞吐量，降低平均分组时延，并达到了一定程度的节能效果。
　　 最后，本文利用NS-2仿真软件在不同场景下对动态BI低功耗协议和可变优先级分区-均匀分布协议的性能进行了仿真分析，结果表明:在相同的网络拓扑结构中，与EDCA协议采用的U-APSD节能机制相比，(1)动态BI低功耗协议显著降低了平均节点能耗，(2)可变优先级分区-均匀分布协议则显著提高网络吞吐量提高，并有效降低了平均分组时延。

目录

声明

摘要

缩略词

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 无线多媒体传露器网络简介

1．2．1 无线多媒体传感器网络结构

1．2．2 无线多媒体传感器网络特性

1．2．3 无线多媒体传感器网络典型应用

1．3 无线多媒体传感器网络关键技术

1．4 论文的目的和意义

1．5 论文研究内容和章节安排

第2章 应用于WMSN的EDCA协议及其相关节能算法分析

2．1 引言

2．2 应用于WMSN的EDCA协议分析

2．2．1 WMSN MAC协议设计和改进的问题分析

2．2．2 EDCA协议的核心思想

2．2．3 EDCA协议应用于WMSN的可行性分析

2．3 EDCA及其相关协议的节能算法分析

2．3．1 PSM协议

2．3．2 DPSM协议

2．3．3 U-APSD协议

2．3．4 S-APSD协议

2．4 本章小结

第3章 基于WMSN的动态BI低功耗协议研究

3．1 引言

3．2 U-APSD机制中固定长度BI机制的缺失分析

3．2．1 固定长度BI机制分析

3．2．2 设计动态BI面临的问题

3．3 一种基于WMSN的动态BI低功耗协议

3．3．1 动态BI机制设计

3．3．2 空闲状态下的BDJM机制设计

3．4 本章小结

第4章 基于WMSN的可变优先级分区-均匀分布协议研究

4．1 引言

4．2 U-APSD机制中ATIM发送机制缺失分析

4．2．1 U-APSD中相关机制的研究

4．2．2 PSM中相关机制的研究

4．2．3 ATIM发送方式的研究

4．3 基于WMSN的可变优先级分区-均匀分布协议

4．4 本章小结

第5章 动态BI低功耗协议和可变优先级分区-均匀分布协议性能分析

5．1 引言

5．2 动态BI低功耗协议性能分析

5．2．1 圆环双十字交叉拓扑场景及仿真结果分析

5．2．2 长跳线性拓扑场景及仿真结果分析

5．2．3 小范围随机拓扑场景及仿真结果分析

5．3 可变优先级分区-均匀分布协议性能分析

5．3．1 圆环双十字交叉拓扑场景及仿真结果分析

5．3．2 长跳线性拓扑场景及仿真结果分析

5．3．3 小范围随机拓扑场景及仿真结果分析

5．4 本章小结

第6章 总结和展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果