基于无线传感器网络的MAC层协议分析-通信与信息系统专业论文.docx

Research on MAC Protocol Based on Wireless Sensor Network A Dissertation Submitted for the Degree of Master On Detection Technology and Automatic Equipment by Wan YueHui Under the Supervision of Prof. Yu JinKe School of Electronic and Informational Engineering Nanchang Hangkong University, Nanchang, China June，2013 I I 摘要 无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)是一种由传感器节点构成的 自组织无线网络，能够实时监测、感知和采集传感器节点部署区域内用户所感兴 趣的各种数据信息，并对这些信息进行相应处理之后传输给汇聚节点，然后由汇 聚节点将接收到的数据通过卫星或者互联网传输给管理节点。它将逻辑上的信息 世界和客观上的物理世界融合在一起，提供了人们对物理世界的认知能力，被广 泛应用于军事、环境、工业、医疗、空间探索、家庭、土木工程、跟踪及物流管 理等领域。 在无线传感器网络中，MAC(Medium Access Control，媒介接入控制) 协议 主要负责控制与连接物理层媒介，决定无线信道的使用方式，为传输节点合理分 配无线资源，尽量减少传感器节点在同一时间发送数据产生的冲突碰撞。所以 MAC 协议的效率高效与否，对无线传感器网络性能有很大的影响，是确保无线 传感器网络能够高效通信的关键协议之一。本文主要的研究工作如下： 1、介绍无线传感器网络 MAC 协议的研究现状，对 MAC 协议的设计和能量 消耗的主要因素进行分析，并对现有的典型 MAC 协议进行了详细的研究和讨论。 2、详细论述 SMAC(Sensor-MAC)协议的关键技术，总结 SMAC 协议的工作 原理，并对 SMAC 协议的不足之处进行阐述，为后续无线传感器网络的改进 MAC 协议的设计提供帮助。 3、针对 SMAC 协议采用固定发射功率进行数据传输的不足，在 SMAC 协 议 的 基 础 上 提 出 了 一 种 带 功 率 控 制 机 制 的 无 线 传 感 器 网 络 MAC 层 协 议 PC-SMAC(Power Control-SMAC)，并利用 NS2 (Network Simulator Version 2，网 络仿真器)进行协议的仿真和分析。仿真结果表明，PC-SMAC 协议在能耗和吞吐 量等性能指标上都有一定的改善。 4、针对 SMAC 协议采用固定竞争窗口的退避机制的不足，提出了一种带区 分退避机制的无线传感器网络 MAC 协议 DB-SMAC(Distinguish Backoff-SMAC)。 仿真结果表明，降低碰撞带来的能量消耗，同时还可以增加网络吞吐量，减少传 输时延。 关键词：无线传感器网络，MAC 协议，功率控制，退避机制，NS2 II II Abstract Wireless Sensor Network (WSN) is a self-organized Wireless Network that composed by sensor nodes, can be used to real-time monitoring, percept and acquire various data that users are interesting at the area sensor nodes deployed, and transmit it to sink node after processing,and then the sink node will transfer the received data to the management node through the satellite or Internet. It fuses the logical world of information and objective world of physical together to provide people with the physical world cognitive ability.It has been widely used in military, environment, industrial, medical, space exploration, family, civil engineering, tracking and logistics ma