CSMA/CA协议在传感器网络中的应用与改进

摘要

近年来，随着无线通信技术、传感器技术、信息采集和处理技术的飞速发展，低成本、低功耗的无线传感器节点得到大规模应用，而大量传感器节点通过自组织方式构成全分布的无线传感器网络。它是一种新型的、无基础设施的无线网络，能够实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，传送给监测者。无线传感器网络是通信网络的一个新的研究方向，在军事、建筑、农业、环境监测、医疗等领域具有十分广阔的应用前景。 无线传感器网络典型工作方式如下：使用飞行器将大量传感器节点(数量从几百到几千个)抛撒到感兴趣区域，节点通过自组织快速形成一个无线网络。由于节点数量众多，且为随机投放，使其难以更换电源，故节能成为传感器网络研究的一个核心问题，射频模块是节点中最大耗能部件，是优化的主要目标，MAC协议直接控制射频模块，对节点功耗有重大影响。因而制定出合适的MAC层协议来减小节点功耗，同时避免碰撞，保证高传输成功率成为无线传感器网研究中的一个热点。 本文首先阐述无线传感器网络的概念和MAC层在无线传感器网络中的作用，交待了设计背景；接下来，介绍了无线传感器网络体系结构、特点和应用领域；然后，深入分析了无线传感器网络MAC层特点，比较了多种现存MAC接入方式，并在此基础上，对CSMA/CA协议加以改进，提出一个适应无线传感器网络特点的MAC层协议。 本文主要改进为：1.引入S-MAC协议的周期睡眠机制以达到节能目的。2．改进退避算法，在侦听信道前引入一段随机延时和采用定长退避窗口以提高传输成功率。最后在VC6.0平台下进行仿真测试，证明协议基本达到设计要求。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录、缩略语

声明

第一章引言

1.1课题背景

1.2无线传感器网络研究领域

1.3无线传感器网络中的数据链路层

1.3.1介质访问控制

1.3.2错误控制

1.4研究目的与章节安排

第二章无线传感器网络体系结构、特点和应用

2.1 WSN背景及概述

2.2 WSN体系结构

2.3 WSN特点

2.4 WSN优势

2.5 WSN应用

第三章无线传感器网络中的MAC协议

3.1 MAC层协议设计要求

3.2无线传感器网络现有MAC协议分析

3.2.1基于TDMA方式的固定信道分配协议

3.2.2基于FDMA/TDMA方式的信道分配协议

3.2.3基于竞争机制的随机访问信道协议

第四章Im-MAC协议设计

4.1设计目的和改进思想

4.2协议设计关键

4.2.1节能问题

4.2.2退避算法

4.2.3隐藏终端和暴露终端

4.2.4串音问题

4.2.5消息传输

4.3协议细节设计

4.3.1状态确定

4.3.2状态执行过程

4.3.3帧格式

4.3.4时间参数确定

4.4小结

第五章Im-MAC协议仿真

5.1仿真目的

5.2程序设计

5.2.1时间参数

5.2.2函数

5.3仿真结果分析

5.3.2节点发送一次数据的过程

5.3.3节点数量改变对传输成功率的影响

5.3.4节点忙碌概率对传输成功率的影响

5.3.5节点数量和忙碌程度同时变化时的传输成功率

第六章总结

6.1论文总结

6.2改进与展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果