一种高吞吐量的WSN HT-MAC协议设计及仿真实现

摘要

无线传感器网络(WSN)是由一组传感器节点组成。节点协作地感知和收集所覆盖的地区中相关传感器传来的信息，并处理这些信息，然后以无线传输的方式将其送到信息收集中心或基站。节点通常随机的布置于监测区域，用于对环境温度、空气湿度、火险情况等参数进行测量，来达到报警或者自动控制的目的。MAC层位于物理层之上，主宰着信道的使用权。在带宽受限的无线传感器网络中，如何能在有效的利用带宽的前提下节省节点的能量消耗，是无线传感器网络MAC层设计的终极目标。由于在无线传感器网络中，能量受限，导致许多传统的无线MAC协议在无线传感器网络上都表现无能为力。S-MAC是无线传感器网络中最经典的MAC协议，它提出的周期休眠机制，虽然节省了能量消耗，但同时也导致了传输延迟的大大增加和吞吐量的急剧下降。于是，开始有许多学者针对这一特点，提出了许多的改进方案，如T-MAC、D-MAC等。它们不是引入了新的问题，就是实现上太复杂。
　　 本文针对目前的研究情况，基于S-MAC，提出了HT-MAC(MAC)，旨在大幅增加其吞吐量，同时尽最大的可能减少其传输延迟和能耗。在HT-MAC中，提出了三条改进设计，分别是跨层自适应侦听设计、流量预测队列设计和突发传送设计。在章节安排方面，本文先介绍了无线传感器网络的结构，然后深入对现有MAC协议的分析，并在此基础上提出HT-MAC协议，在NS2上实现了HT-MAC协议，最后，整理实验所得数据，分析结果并得出结论。