一種低功耗MAC層協(xié)議研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測(cè)，工業(yè)控制，養(yǎng)殖業(yè)生產(chǎn)等各個(gè)領(lǐng)域，具備廣闊的發(fā)展前景。而無(wú)線(xiàn)終端傳感節(jié)點(diǎn)的能量往往是不易補(bǔ)給的，故能量高效是其重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容。無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中的介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制層（MAC）在優(yōu)化能量消耗中具有重要的地位。同時(shí)，由于無(wú)線(xiàn)終端傳感節(jié)點(diǎn)增加可移動(dòng)性，使得網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生劇烈變化，給傳統(tǒng)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)新的挑戰(zhàn)。因此，研究一種能夠適應(yīng)無(wú)線(xiàn)終端傳感節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)性，降低整體功耗，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)壽命的實(shí)用性MAC層協(xié)議有著積極的意義。

2、
　　本論文針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)中具備可移動(dòng)特性的無(wú)線(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)在接入網(wǎng)絡(luò)前存在無(wú)效監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一種基于喚醒射頻接收器觸發(fā)接入網(wǎng)絡(luò)并適應(yīng)無(wú)線(xiàn)終端節(jié)點(diǎn)可移動(dòng)特性的低功耗MAC協(xié)議。概述8種靜態(tài)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)和6種動(dòng)態(tài)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)下的MAC協(xié)議內(nèi)容并簡(jiǎn)要分析其優(yōu)劣勢(shì)。對(duì)3種采樣工作流程和2種接入網(wǎng)絡(luò)機(jī)制建立可對(duì)比量化的數(shù)學(xué)模型，得到緩沖采樣比連續(xù)采樣和間歇采樣方式節(jié)省更多能量，而喚醒射頻接收器機(jī)制相比傳統(tǒng)占空比機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)更

3、低功耗。設(shè)計(jì) MAC協(xié)議在申請(qǐng)接入網(wǎng)絡(luò)，上傳數(shù)據(jù)和退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)的負(fù)載分幀結(jié)構(gòu)，配置 WUR產(chǎn)生喚醒信號(hào)的工作模式。描述無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)在9個(gè)工作狀態(tài)轉(zhuǎn)換關(guān)系，并重點(diǎn)敘述其中兩個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖：入網(wǎng)申請(qǐng)和數(shù)據(jù)通信。
　　從實(shí)驗(yàn)室理想環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景這兩方面對(duì)基于喚醒射頻接收器的MAC協(xié)議進(jìn)行實(shí)例研究。搭建實(shí)驗(yàn)室理想模擬環(huán)境，使用專(zhuān)業(yè)儀器儀表測(cè)量無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)的能量消耗數(shù)據(jù)指標(biāo)。對(duì)比六種不同組合工作模式組成的對(duì)照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出使用本MAC協(xié)議的

4、無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)能夠提供正常工作服務(wù)的理論年限是3.58年。將該MAC協(xié)議投入奶牛健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)，通過(guò)分析數(shù)據(jù)傳輸通信日志，側(cè)面反映MAC協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)性能和無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)的能量消耗情況。從收包率、吞吐率、時(shí)延、公平性和電池能量消耗這五個(gè)方面分析226天內(nèi)接收到由104個(gè)無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)出的343356條MAC報(bào)文信息。其中93.26％無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)的收包率中位數(shù)達(dá)到100%，無(wú)線(xiàn)傳感節(jié)點(diǎn)在三種狀態(tài)下的輸出電壓一階差分值在±20