基于无线电唤醒机制的无线传感器网络协议研究

摘要

本文的主要研究对象为无线传感器网络(Wireless sensornetwork,WSN),由于无线传感器以内置电源提供其计算与对周围数据进行感应所需能量,所以当无线传感器被布置在高危地区或极端条件环境下时,由于电量耗尽而更换电源开始显得不切合实际。因此针对电源的能量消耗问题称为无线传感器网络设计和应用中的一个关键研究问题。与此同时,传感器对关键数据进行感应以后,我们还要保证关键数据最快地被传递到目标节点或终端,因此,在保证其处理数据低功耗的前提下,我们还要对其数据传输的低延时特性进行探讨。
　　 在本篇论文中,我们设计了一种针对MAC层的新型无线传感器网络协议,本协议采用了无线电唤醒机(radio triggered)制和令牌环网(token ring)机制,对传感器网络的低功耗与低传输延时提供了很大的帮助。此协议对网络传输中主要的能量消耗源均提出了相应的解决办法与此同时,使数据在传输中的数据延迟减低。
　　 现阶段主要针对低功耗问题的无线传感器网络协议基本通过设定传感器节点的服务周期(duty-cycling)来周期性地唤醒传感器节点从而实现数据传输过程中能量消耗的优化。本文针对服务周期在传输延时较大方面的缺点,引用了I-ESTR(Improved Energy Saving Token Ring)这种无线电激发唤醒机制从而试图降低数据传输延时。在本方案中我们通过一种称作无线电唤醒电路的硬件装置;当一个节点需要向另一个节点传递数据时,只要开启唤醒电路,发射唤醒信号,就可以将处于睡眠(sleeping)状态的传感器节点唤醒过来。从而做好数据接收的准备。除此以外,本文通过使用令牌结构使各个节点在传输数据的时间分配问题上得到优化;换而言之,本文通过令牌结构使每个传感器节点都有充裕的时间进行数据处理与传输,而不会发生数据丢失情况。
　　 最后,I-ESTR协议与其它两种主流的无线通信协议;S-MAC与RTS/CTS IEEE802.11协议在能量消耗与数据传输延时问题上进行了性能对比,在仿真过程中,本文采用OMNET++4.1仿真软件作为仿真环境,仿真得出了非常满意的预期结果。结果显示;I-ESTR协议在能量消耗与数据传输延时问题上都有优于S-MAC与传统802.11协议的地方。