无线传感器网络中边界节点性能的研究

摘要

无线通信技术、微电子技术和分布式计算技术的高速发展，推动了无线传感器网络(WSNs)的发展。近几年来WSNs引起人们的极大关注，在该网络中节点的能量主要消耗在射频器上，能量的快速消耗使网络寿命变短。媒体访问控制(MAC)协议在能量效率方面起着重要的作用，它决定了无线信道的使用方式，构建WSNs系统的底层通信结构，影响着网络性能。人们在IEEE802.11 MAC协议的基础上提出了若干MAC协议，例如SMAC(Sensor MAC)、TMAC(Timeout MAC)等。
　　 SMAC协议中形成了多个在局部范围内同步的簇，簇的边界节点相对内部节点而言能量消耗较快；而SSMAC(SMAC)协议中达到全局同步所需时间很长，甚至在节点生命周期内不能实现全局同步，影响数据传输。针对这些问题，本文首先提出一种基于局部同步的调度算法PSMAC，即设置一个阈值来限制簇内节点总数，防止簇的无限扩大而造成时间的大量消耗。当节点收到同步包后，它通过同步包中所含信息、节点所在簇的节点总数、设定的阈值来决定其自身调度的选择和簇的合并。这样不仅能减少边界节点数目，而且提高网络同步的效率。
　　 其次，在PSMAC的基础上加入了基于单调度的改进方案。当WSNs采用PSMAC后，网络内形成了很少的边界节点，这些节点不再需要采用双调度工作机制，而是仍采取单调度机制，与它们所在簇的调度一致。当有数据包需发送到其它簇的节点时，边界节点发送一连串的RTS/CTS请求包，如果在CTS状态内收到目标节点的CTS包，两节点成功链接，实现不同簇间的数据包传输。这样能够进一步节省边界节点能量，提高网络的能效。
　　 最后运用OMNET++软件仿真改进方案，并和SMAC、SSMAC协议作性能比较。