能量高效的无线传感器网络跨层MAC协议.doc

硕士学位论文
(工学硕士)

能量高效的无线传感器网络
跨层MAC协议研究

能量高效的无线传感器网络
跨层MAC协议研究

摘要

ClassifiedIndex:SchoolCode:11845
UDC:SecurityClass:ClassNo.:2110704298

ADissertationforMaster’sDegreeof
GuangdongUniversityofTechnology
（MasterofEngineeringScience）

ResearchonEnergyefficientcross-layerMACprotocol
forWirelessSensorNetworks

摘要
目前，无线传感器网络（WirelessSensorNetWorks简称WSN）的研究主要集中于网络协议、能量有效、定位、可靠性、网络架构以及数据处理等问题，网络协议的研究是其中的热点之一。而作为WSN网络协议栈重要基础架构的介质访问控制协议(MediumAccessControl，简称MAC)，决定着无线信道的使用方式，负责为节点分配无线通信资源。因此MAC协议直接影响着网络的整体性能，成为WSN网络协议研究的重中之重。
无线传感器网络面向任务，网络中节点的资源相当有限，尤其是能量资源，节能效率成为WSN首要的性能指标。
本文研究跨层设计的MAC协议，主要工作有：
（1）分析了经典的竞争型和TDMA型MAC协议，同时分析了典型的跨层设计MAC协议；
（2）在深入研究各种MAC协议的基础上，针对中高速型无线传感器网络应用，通过跨层融合MAC和路由功能，提出一种基于轻量地址跨层融合MAC和路由的协议E-AIMRP（EnhancedAddress-LightIntegratedMACandRoutingProtocl）。该协议重新跨层融合设计传统的RTS（Request_To_Send）数据帧，解决了由于多节点检测和报告而造成的能量浪费问题，同时扩展了单节点检测类型应用的拓扑模型。实验结果表明：该协议有效地延长了网络的生命。
（3）为了解决固定的竞争接入方式和同时强制唤醒机制问题，本文为E-AIMRP协议设计了一种高效的能量节省模型，使其在事件增加或节点增加的情况下，能量消耗维持在一个常数。仿真结果表明该模型能够取得良好的节能效率。
本文详细地设计了E-AIMRP协议，并阐述了该协议的运行机制，最后通过仿真实验分析该协议的各个性能指标。研究所取得的成果为无线传感器网络的中高速应用提供了参考，具有一定的工程应用价值。

关键词：无线传感器网络；MAC协议；跨层设计；E-AIMRP

ABSTRACT
ABSTRACT
Currently,WSN'sresearchhasfocusedonnetworkprotocols,energy,location,reliability,networkinfrastructureanddataprocessingissues.Networkprotocolresearchisoneofthehotspot.AsanimportantfoundationforWSNnetworkprotocolstackarchitecture.MAC(MediumAccessControl,referredtoasMAC)protocoldetermineshowtouseofwirelesschannel,andresponsibleallocatewirelesscommunicationresourcesfornodes.soitdirectimpactontheoverallperformanceofthenetwork,becomethetoppriorityofWSNNetworkProtocols
WSNistask-oriented,Thenodescanrefertoquitelimitedresources,especiallyenergyresource,soenergyefficiencyturnsouttobethemostimportantcriteriaofthecommunicationprotocols.
ThispaperconcentratesontheCrossLayerDesigningWSNMACprotocols,themainresponsibilitiesare:
(1)theclassiccontention-basedandTDMA-basedWSNMACprotocolsareintroduced,andanalyzesthetypicalcross-l