无线传感器网络物理层和MAC层协议研究

摘要

无线传感器网络（WSNs）由部署在监测区域内的大量传感器节点组成，这些传感器节点通过无线自组织的方式形成一个多跳的通信网络，其目的是共同协作感知、采集和处理覆盖范围内的被测对象信息，如被测对象的压力、噪声、湿度、温度等数据信息，并把所采集到的数据通过因特网、移动通信网、卫星通信网等传输给使用者。物理层和 MAC层是无线传感器网络的关键技术之一，物理层处于WSNs协议的最底层，直接面向传输介质，完成数据分组的传送；而 MAC协议主要解决多个传感器节点高效、合理地共享信道资源并尽量避免冲突。
　　本文主要研究WSNs中物理层和MAC层协议。论文首先分析IEEE802.15.4标准物理层协议，比较分析了协议在三个频段上的性能。然后重点研究目前典型的MAC协议，详细分析和比较这些协议的方法、性能、特点。论文还重点分析了现有IEEE802.15.4 MAC协议在适应负载变化方面的诸多不足，提出了一种IEEE802.15.4 MAC协议的改进方案：GJ-MAC协议，并进行了相应的理论分析和仿真验证。理论分析和仿真结果表明改进算法具有更好的性能，符合无线传感器网络的设计原则。最后对本文研究工作进行了总结。

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第一章 绪论

1.1研究背景

1.2文章组织

第二章 无线传感器网络概述

2.1无线传感器网络特点

2.2无线传感器网络体系结构

2.3无线传感器网络协节点组成

2.4无线传感器网络应用

第三章 无线传感器网络物理层协议研究

3.1物理层概述

3.2 IEEE802.15.4物理层协议

3.3 IEEE802.15.3a与超宽带

3.4 物理层协议比较研究

3.5本章小结

第四章 无线传感器网络MAC层协议研究

4.1协议概述

4.2现有MAC协议比较分析

4.3无线传感器网络MAC协议比较研究

4.4无线传感器网络MAC协议设计策略

4.5本章小结

第五章 IEEE 802.15.4 MAC协议性能分析

5.1研究背景

5.2 IEEE 802.15.4标准的基本架构

5.3 NS2仿真平台

5.4基于树型网络的IEEEE 802.15.4 MAC协议仿真结果及性能评估

5.5 本章小结

第六章 IEEE802.15.4 MAC协议改进方案

6.1研究背景

6.2问题分析

6.3 Markov模型分析

6.4 GJ-MAC协议

6.5 GJ-MAC协议仿真结果及分析

6.6 本章小结

第七章 总结与展望

7.1本文工作总结

7.2 未来展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间撰写的学术论文

致谢