低时延的无线传感器网络mac协议研究

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1、低时延的无线传感器网络MAC协议研究重庆大学硕士学位论文(学术学位)学生姓名：李曼指导教专师：熊庆宇教授业：控学科门类．T·．．L一制科学与工程学重庆大学自动化学院二O一二年四月IIIllJUlllIJllllJIfY2153455ResearchonLow·—latencyMACProtocolofWirelessSensorNetworksAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’SDegreeofEngineeringByI

2、。iManSupervisedbyProf．XiongQingyuSpecialty：ControlScienceandEngineeringCollegeofAutomationofChongqingUniversity，Chongqing，ChinaApril，2012重庆大学硕士学位论文中文摘要摘要无线传感器网络的MAC协议是一种底层的网络通信协议，它决定了无线信道的使用方式，负责为节点分配无线通信资源，直接关系到系统的性能和信道利用率，因而在无线传感器网络的研究中备受关注。目前的MAC协议主要以降低节点能耗，延长网络寿命为主要目标，但是，在军事防御、

3、灾难预警等特殊应用环境，对无线传感器网络系统的实时性要求较高，因而降低系统数据传输的时延十分重要。本文主要对低时延的无线传感器网络MAC协议进行研究，在讨论低时延的无线传感器网络MAC协议的研究价值和意义，分析和总结现有的典型低时延MAC协议的基础上，提出了FB．MAC协议和RF—MAC协议。本文在S-MAC协议的基础上，提出了低时延的MAC协议FB．MAC协议。T1一、，‘plJt、、，_’f、—7r■厶巾^h田士H，．‘95厶{．印“一tAL上彳口广L产1、忧+卜卜H∑、、一r■f，审丰内4一『『，1_r、r15’Ⅳ▲AL∥J。以‘Jl／＼Jl义以L10

4、j匹^一谜j，伍姒∥白I々斗日U人、土m土‘11I■们{IJJa从^△^父以ji巾UL土上1o这样，源节点能够及时的了解信道的忙闲情况，加快后续数据的发送。后面的数据可以与前面的数据同时发送，降低了数据传输的总时延。通过NS2仿真平台对FB．MAC协议、VTS协议及S-MAC协议进行比较，结果表明FB—MAC协议有效地降低了系统数据传输的时延。针对FB—MAC协议能量消耗较大和应用受限的缺点，本文还提出了基于预约和反馈的RF—MAC协议，该协议在降低时延的同时减少节点的能耗。RF—MAC协议在FB．MAC协议的基础上引入了预约机制和节点的周期性侦听／睡眠。每

5、个数据发送前都会进行信道预约，节点在该数据的预约时间觉醒并进行数据传输，降低节点周期睡眠造成的延时。同时，反馈包F的发送增加了信道的吞吐量，减少了多个数据传输时的总时延。此外，节点周期性侦听／睡眠可以降低空闲侦听造成的大量能耗。通过仿真平台NS2对RF．MAC协议、FB—MAC协议及S-MAC协议的时延、能耗等性能进行比较，结果表明RF—MAC协议在不增大数据传输时延的情况下，大幅度的降低了网络的能量消耗。最后，根据低时延MAC协议的研究现状，提出其未来的研究方向和建议。关键字：无线传感器网络，MAC协议，低时延，反馈机制，预约机制重庆大学硕士学位论文英文摘

6、要ABSTRACTMediumAccessContr01(MAC)protocolofwirelesssensornetworkiSabottomnetworkcommunicationprotocolwhichdeterminestheuse—patternofwirelesschannel．Anditalsoallocateswirelesscommunicationresourcesforthenodesofwirelesssensornetwork．MACprotocolcanaffecttheperformancesandchannelutiliz

7、ationofsystem，attendedbymanyresearchpeopleofwirelesssensornetwork．NowmostMACprotocolsfocusonreducingenergyconsumptionofnodesandextendingnetworklifetime．Butinsomespecialapplicationofwirelesssensornetwork，forexample，militarydefenseordisasterwarning，real—timeofwirelesssensornetworkisv

8、eryimportant．Soitisveryimp