無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于預(yù)期信標(biāo)幀的MAC協(xié)議研究.pdf

1、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的大量廉價(jià)微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信的方式形成的一個(gè)多跳自組織網(wǎng)絡(luò)，主要應(yīng)用于對目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)測。
　　介質(zhì)訪問控制（MAC）協(xié)議決定了無線信道的使用方式，負(fù)責(zé)為節(jié)點(diǎn)分配無線通信資源。MAC協(xié)議直接影響網(wǎng)絡(luò)的整體性能,因此是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要研究內(nèi)容。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中MAC協(xié)議的首要問題是節(jié)能，因此，通常采用低能耗的占空比工作模式。節(jié)點(diǎn)在占空比模式下有兩個(gè)狀態(tài)：活動和休眠。在PW-MAC

2、中接收方通過發(fā)送信標(biāo)幀的方式廣播自身的工作狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)前能夠預(yù)測對方的信標(biāo)幀，極大的降低了節(jié)點(diǎn)的占空比。
　　本文首先對基于預(yù)期信標(biāo)幀模式的PW-MAC協(xié)議的工作原理進(jìn)行詳細(xì)分析，并在TinyOS操作系統(tǒng)中基于MLA架構(gòu)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)PW-MAC協(xié)議。針對PW-MAC在批量數(shù)據(jù)傳輸時(shí)耗能大的問題，提出改進(jìn)的PW-MAC協(xié)議BDPW-MAC。BDPW-MAC協(xié)議通過在批量數(shù)據(jù)傳輸前使用信道預(yù)約機(jī)制，有效避免了數(shù)據(jù)包碰撞問題、節(jié)點(diǎn)

3、競爭時(shí)空閑監(jiān)聽導(dǎo)致的能耗問題及數(shù)據(jù)退避造成的網(wǎng)絡(luò)延遲問題。仿真結(jié)果表明， BDPW-MAC協(xié)議在網(wǎng)絡(luò)能耗、數(shù)據(jù)匯聚完成時(shí)間、投遞率三方面的性能都優(yōu)于PW-MAC協(xié)議。
　　進(jìn)一步考慮到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渑c無線鏈路質(zhì)量會受到環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，而鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)及鏈路質(zhì)量估計(jì)在保證通信鏈路的穩(wěn)定方面有非常重要的作用。本文利用BDPW-MAC中的廣播信標(biāo)幀，實(shí)現(xiàn)了鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)機(jī)制以及鏈路質(zhì)量估計(jì)機(jī)制，使之成為具有MAC、鄰節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)與鏈路