EH-WSN中针对数据堆积问题的MAC协议研究

摘要

能量收集型无线传感器网络（Energy Harvesting Wireless Sensor Network，EH-WSN）中能量收集设备从监测环境中收获能量并为传感器设备提供能量。一般情况下，节点的平均能量收集率低于节点的能量消耗率，因此，即使这类网络也无法保证节点每时每刻处于工作状态。在EH-WSN中，节点的能量主要消耗于数据传输，而且传统的数据传输机制也不适用于EH-WSN。为了更加有效的利用节点收集的能量，针对EH-WSN的数据传输机制研究是非常重要的。此外，EH-WSN中各节点所处的环境和动植物等因素的影响，网络中各个节点实际的能量收集率一般不相同。因此，能量收集率的差异性导致个别节点能量较低，节点上堆积需要传输的数据，尤其是这类节点作为中继节点的时候。因此，本文针对此情况，引出了低能量节点的数据堆积问题，并给出解决方案。 本文提出了EH-WSN中针对数据堆积问题的MAC协议，包括基于概率控制的数据传输机制和功率控制、同层转发以及“降层”处理(Power control，Same layer transmission and Lower layer procession，PSL)堆积数据处理机制。基于概率控制的数据传输机制包括：冲突避免与数据概率发送两部分。冲突避免解决了有可能在发送端产生的信号冲突，数据概率发送解决了有可能在接收端产生的信号冲突。PSL堆积数据处理机制，解决了由各节点能量收集率的差异所带来的数据堆积等问题。本文的主要贡献：（1）分析EH-WSN能量收集过程，提出了数据堆积问题;（2）在EH-WSN中，提出了由接收节点所发起的异步MAC协议，可有效避免数据冲突的产生;（3）通过PSL堆积数据处理机制，解决了EH-WSN中可能产生数据堆积的问题。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状

1.3 论文主要研究内容

1.4 论文的组织结构

第二章 背景知识介绍

2.1 EH-WSN介绍

2.2 EH-WSN中MAC协议介绍

2.3 功率控制

2.4 可收集能量的特点

2.5 本章小结

第三章 EH-WSN中针对数据堆积问题的MAC协议

3.1 网络模型

3.2 区域数据堆积问题

3.3 基于概率控制的数据传输机制

3.4 PSL堆积数据处理机制

3.5 节点能量建模

3.6 本章小结

第四章 仿真与实验结果分析

4.1 仿真平台介绍

4.2 协议仿真实验与分析

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢