無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC層節(jié)能機(jī)制研究.pdf

1、作為一項(xiàng)正在迅速發(fā)展的技術(shù)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（WSNs，Wireless Sensor Networks）技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用并且成了信息技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。在WSNs的設(shè)計(jì)中，通常要考慮其節(jié)能性、延遲性、服務(wù)質(zhì)量、容錯(cuò)性和擴(kuò)展性等因素。由于無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件和能量的限制，與其網(wǎng)絡(luò)生存期密切相關(guān)的節(jié)能性顯得尤為重要。研究者們?cè)O(shè)計(jì)了各種節(jié)能機(jī)制來(lái)延長(zhǎng)WSNs的生存期。其中就包含各種網(wǎng)絡(luò)層以及介質(zhì)訪問(wèn)控制（MAC）子層的節(jié)能機(jī)制。而本

2、文的研究對(duì)象正是MAC子層的節(jié)能機(jī)制。主要研究工作如下：
　　 首先，對(duì)WSNs的能耗和其中的節(jié)能機(jī)制進(jìn)行研究。在WSNs中無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的收發(fā)器消耗了WSNs的絕大部分能量。因此研究如何減少收發(fā)器的能耗對(duì)于節(jié)省整個(gè)WSNs的能量并延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)生存期具有重要意義。本文對(duì)WSNs中網(wǎng)絡(luò)層和MAC層的一些協(xié)議進(jìn)行了細(xì)致的分析。通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的節(jié)能措施主要有：減少單跳的傳輸距離，減少總的跳數(shù),對(duì)傳輸中的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)

3、聚集等。而通過(guò)對(duì)MAC層協(xié)議的研究發(fā)現(xiàn)，MAC層協(xié)議的節(jié)能措施主要有：降低數(shù)據(jù)發(fā)送沖突的幾率，采取周期性喚醒/休眠的調(diào)度機(jī)制，采用前導(dǎo)抽樣技術(shù)減少空閑監(jiān)聽(tīng)等。
　　 接著，對(duì)休眠/喚醒調(diào)度周期同步的S-MAC（Sensor MAC,S-MAC）和休眠/喚醒調(diào)度周期異步的DPS-MAC（DuAlPreamble Sampling MAC,DPS-MAC）進(jìn)行研究。在分析比較二者的節(jié)能性和延遲性之后發(fā)現(xiàn)，雖然S-MAC調(diào)度周期同步機(jī)

4、制帶來(lái)了額外的同步開(kāi)銷，但是該機(jī)制有效地避免了DPS-MAC中短頻閃前導(dǎo)帶來(lái)的能耗；而DPS-MAC檢測(cè)信道的方式是利用RSSI的值對(duì)信道進(jìn)行兩次抽樣（即所謂的雙前導(dǎo)抽樣）來(lái)判斷信道是否被占用，因此DPS-MAC中又不存在S-MAC每個(gè)調(diào)度周期開(kāi)始時(shí)監(jiān)聽(tīng)信道的能耗。在比較二者的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)之后，本文展示了一種結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)的本地同步機(jī)制。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，這種本地同步機(jī)制比前二者更加節(jié)能。
　　 最后，基于網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)NS2（Networ