基于S-MAC的无线传感器网络MAC协议的改进及仿真实现

摘要

S—MAC是针对传感器网络的节能需求和自组织性而提出的，主要通过周期性休眠获得低占空比。但S—MAC的固定占空比不能很好的适应网络流量的变化，因此，本文设计了能够在网络流量突发状况时对节点的占空比及时做出调整的动态占空比调整机制。由于该机制利用一个工作周期传送多个数据分组，从而节省了同步帧的开销，能量消耗相对要低。 本文在NS网络模拟平台上对所设计的MAC协议进行了具体实现，并设计了无线传感器网络的仿真实验以及进行了仿真验证。采用AWK程序处理的方法，完成了对跟踪文件数据的抽取和对网络的能量消耗性能的统计分析。研究结果表明，改进后的协议在能量方面具有一定的性能改善，这对于网络通信协议的进一步研究具有较强的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1无线传感器网络及其研究意义

1.2无线传感器网络MAC协议研究意义及国内外研究动态

1.2.1无线传感器网络MAC协议的研究意义

1.2.2无线传感器网络已有MAC协议介绍

1.3论文所做的工作

第二章无线传感器网络概述

2.1传感器网络结构

2.2传感器节点结构

2.3传感器网络协议

第三章S-MAC协议研究

3.1 S-MAC协议通信流程概述

3.1.1通信流程基本描述

3.1.2发送流程

3.1.3接收流程

3.1.4 MAC层的状态转换

3.2 S-MAC协议采用的主要机制

3.2.1主要能量消耗分析

3.2.2周期性休眠侦听

3.2.3串音避免

3.2.4消息传递

3.2.5流量自适应侦听

第四章改进协议的设计及其在NS平台上的实现

4.1用NS进行网络模拟的相关知识

4.1.1 NS原理概述

4.1.2使用NS进行网络模拟的方法和一般过程

4.1.3 Otcl和C++之间的对象连接

4.2相关软件的下载及安装

4.2.1虚拟机及Centos的下载

4.2.2 Centos的安装

4.2.3 Windows主机和Linux虚拟机之间的通信

4.2.4 NS软件的安装

4.3动态占空比调整机制的设计

4.4动态占空比调整机制在NS平台上的实现

4.4.1改进后协议的C++代码编写

4.4.2在NS平台上生成新协议要考虑的问题

4.4.3改进后协议在NS平台上的具体实现

第五章仿真实验设计及结果分析

5.1实验设计及实验步骤

5.1.1实验设计

5.1.2实验步骤

5.2实验场景的建立

5.2.1场景建立步骤

5.2.2网络模型假设及仿真参数

5.2.3跟踪和演示文件

5.2.4节点创建和配置

5.2.5数据流的产生

5.3数据处理

5.3.1 trace文件格式

5.3.2 awk工具数据处理

5.4实验一的拓扑结构及结果分析

5.4.1实验一的拓扑结构

5.4.2能量消耗分析

5.5实验二的拓扑结构及结果分析

5.5.1实验二的拓扑结构

5.5.2能量消耗分析

5.6小结

第六章结论与展望

参考文献

致 谢

附录

在学期间发表的学术论文和参加科研情况