无线传感器网络MAC与网络编码联合设计

摘要

无线传感器网络的资源很有限，却集成了监测、控制以及无线通信等多种功能。因此，无线传感器网络资源的节省显得尤为重要。MAC协议处于无线传感器网络协议的底层部分，对无线传感器网络的性能有较大影响，是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。网络编码允许中继节点先对数据进行编码出来，再将编码的数据发送给后续节点，目的节点能够解码并恢复原始的数据。网络编码理论的提出，为提高网络性能、节省网络资源提供了新思路。本文所做的具体工作如下：
　　 本文首先通过分析传感器网络中MAC层的作用，阐述了进行MAC协议研究的意义和必要性。对无线传感器网络中的MAC协议进行了分类分析，重点讨论了基于竞争的MAC协议。系统介绍了网络编码技术的原理，对应用了网络编码技术的网络模型进行分析，分析结果表明网络编码技术，能很有效地提高系统性能。
　　 然后利用无线传感器节点，架设了实际的基于网络编码的实验平台，并与传统的中继网络进行性能对比，证明了网络编码在实际无线传感器网络中应用的可行性。结果表明，网络编码能有效提高系统吞吐量，减少网络传输次数。
　　 最后在网络编码技术的基础上，综合S-MAC协议和网络编码技术，以S-MAC协议为主体，提出了一种基于网络编码的跨层联合设计方案NC-MAC，以达到进一步节省能量的目的。从理论上分析了NC-MAC协议的性能，并与S-MAC协议进行比较。得出结论：NC-MAC协议较S-MAC协议更能节省能量和减少延迟。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.2研究意义

1.3论文主要工作及章节安排

第二章背景知识介绍

2.1无线传感器网络

2.1.1无线传感器网络的特点

2.1.2无线传感器网络节点的限制

2.1.3无线传感器网络协议栈结构

2.2无线传感器网络MAC层协议

2.2.1影响MAC协议性能的主要因素

2.2.2影响能耗的主要因素

2.3基于竞争的MAC协议

2.3.1 IEEE 802.11 MAC层协议

2.3.2 S-MAC协议

2.3.3 T-MAC协议

2.3.4小结

2.4网络编码

2.4.1网络编码基本思想和理论基础

2.4.2网络编码的基本原理

2.4.3网络编码的优缺点

2.4.4网络编码的研究现状

第三章网络编码实验平台

3.1设计目的及其功能

3.2无线传感器硬件基础

3.3平台设计

3.3.1平台拓扑结构

3.3.2 MAC层协议设计

3.3.3编码方案

3.3.4节点功能实现保证

3.4性能测试

第四章基于网络编码的跨层联合设计

4.1协议设计的目的

4.2协议设计的主要思想

4.3协议所使用的机制

4.3.1 CSMA/CA接入机制

4.3.2 RTS/CTS握手机制

4.3.3虚拟载波监听机制

4.3.4周期性休眠侦听

4.4协议设计方案

4.4.1数据传输方式

4.4.2帧结构

4.4.3网络编码方案

4.5 NC-MAC协议性能分析

第五章总结与展望

5.1本文工作总结

5.2展望

致谢

参考文献

研究成果