無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中新型MAC協(xié)議的設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）以低成本、自組織、動(dòng)態(tài)拓?fù)?、多跳路由等特點(diǎn)，成為許多重要應(yīng)用中的首選解決方案，例如：入侵檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤，實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化等等。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點(diǎn)之間的通信方式影響著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。在很多情況下，由于節(jié)點(diǎn)的能量不可補(bǔ)充，能量有效性成為通信過(guò)程中考慮的主要因素。除此之外，延遲、丟包、沖突碰撞、干擾等因素也影響著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。而媒體介入控制（Medium A

2、ccessControl，MAC）層負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入共享無(wú)線介質(zhì)的方式，為了在WSN中以一種能量有效的方式進(jìn)行高吞吐量的通信，設(shè)計(jì)一個(gè)高效的MAC協(xié)議是非常重要的。
　　大部分的MAC協(xié)議采用占空比機(jī)制來(lái)減少由于空閑監(jiān)聽(tīng)而造成的能量消耗。但是，異步MAC協(xié)議在傳輸數(shù)據(jù)包時(shí)，需要等待下一跳從睡眠狀態(tài)中喚醒，所以周期性的睡眠喚醒機(jī)制會(huì)引起端到端的傳輸延遲。為此MAC協(xié)議中提出了許多減小延遲的機(jī)制，但是大多數(shù)機(jī)制是針對(duì)低負(fù)載鏈路提出的，

3、忽略了鏈路的動(dòng)態(tài)變化性。此外，為了避免沖突，大多數(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)沖突避免的機(jī)制，該機(jī)制帶來(lái)了隱藏終端和暴露終端的問(wèn)題。隱藏終端帶來(lái)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臎_突碰撞問(wèn)題，增大了網(wǎng)絡(luò)的延遲。暴露終端問(wèn)題減少了數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)臋C(jī)會(huì)，降低了信道的利用率。大多數(shù)的研究往往基于請(qǐng)求發(fā)送/應(yīng)答發(fā)送（Request to Send/ Clearto Send，RTS/CTS）握手機(jī)制或者是功率控制機(jī)制來(lái)解決單個(gè)問(wèn)題，而不是將這兩個(gè)問(wèn)題同時(shí)解決。

4、
　　為解決上述問(wèn)題，本文集中研究無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的MAC協(xié)議。本文分為5章。第1章介紹了研究的背景、意義與研究現(xiàn)狀。第2章對(duì)當(dāng)前已經(jīng)提出的MAC協(xié)議進(jìn)行了分類與總結(jié)，并對(duì)經(jīng)典的MAC協(xié)議做了對(duì)比與分析。第3章給出了一個(gè)低延遲且能量有效的按需睡眠（Demand Sleep）MAC協(xié)議DS-MAC。在該協(xié)議中節(jié)點(diǎn)能夠根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)量自適應(yīng)的調(diào)整睡眠時(shí)間。因此節(jié)點(diǎn)無(wú)論在高負(fù)載或者是低負(fù)載鏈路中，都能夠及時(shí)的接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少

5、了等待延遲和丟包率。DS-MAC通過(guò)在確認(rèn)包中加入了對(duì)節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)的睡眠時(shí)間，達(dá)到了同步的效果。這使得節(jié)點(diǎn)在下一次傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，能夠僅在目標(biāo)節(jié)點(diǎn)喚醒前的一小段時(shí)間內(nèi)喚醒，從而節(jié)省了能量，延長(zhǎng)了網(wǎng)絡(luò)的壽命。第4章給出了利用速率自適應(yīng)機(jī)制，功率自適應(yīng)機(jī)制和忙音信號(hào)機(jī)制同時(shí)解決隱藏終端和暴露終端問(wèn)題的MAC協(xié)議。該協(xié)議采用了雙信道的通信模型，且在RTS/CTS數(shù)據(jù)包的發(fā)送之前，進(jìn)行忙音信號(hào)的發(fā)送，避免了RTS/CTS的碰撞丟失，提高了網(wǎng)絡(luò)通信的穩(wěn)定