无线传感器网络mac协议性能分析与优化

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1、西安电子科技大学硕士学位论文无线传感器网络MAC协议性能分析与优化姓名：郭乐申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：赵力强20090101摘要本文基于对传感器网络MAC协议性能的研究，提出了一种改进的传感器网络MAC协议。本文首先介绍了无线传感器网络的基本理论，指出了无线传感器网络MAC协议设计中的主要目标和面临的困难。接下来详细介绍了CSMA／CA机制，并指出它用于无线传感器网络时存在的问题。本文分析了S．MAC和T-MAC协议的性能。在这两种协议中，传感器节点采用二进制指数退避机制竞争信道，由数据帧重传引发的能耗比较高。为了解决该问题，文中介绍

2、了IIDG．MAC协议。该协议将节点访问信道的过程建模为非完全信息动态博弈问题。节点在每次竞争开始时估计博弈状态，然后根据估计结果调整最小竞争窗口值，从而提高了数据帧成功发送的概率。然而IIDG．MAC的性能在网络负载动态变化时较差，本文在IIDG．MAC竞争策略的基础上提出了GA．MAC协议。该协议能够根据当前系统状态的变化趋势，动态调整节点的占空比，能够很好的适应不断变化的网络环境，保持传感器节点之间的自动同步通信。为了评估GA．MAC的性能，本文使用网络仿真软件OPNET在理想信道下进行仿真。仿真结果表明，GA．MAC不但有效的提升了系统性能，而且在

3、能量节省上存在优势。关键词：无线传感器网络池c协议博弈论性能优化AbstractBasedontheperformanceresearchofMACprotocolsforWSNs，animprovedMACprotocolisproposedinthisthesis．Atthebeginning，thebasicknowledgeofWSNs，especiallytheprimarygoalanddifficultiesindesigningMACprotocolforWSNS，isintroduced．Afterthis，CSMA／CAmechanis

4、misparticularlydiscussed，andtheproblemsofitusedinwirelesssensornetworksareindicated．PerformancesofS-MACandT-MACprotocolsareanalyzed．SensornodesinthetwoMACprotocolscontendforthechannelbyadoptingbinaryexponentialbackoffmechanism，SOtheenergyconsumptioncausedbydataretransmissionistooh

5、igh．Tosolvethisproblem，IIDG—MACisintroduced．InIIDG-MAC，theprocessofaccessingthechannelforanodeismodeledasailincompletelyinformationdynamicgameproblem．Thenodeestimatesthegamestateatthebeginningineachcontentionprocess．Then,thenodeadjuststheminimumcontentionwindowstotheestimationresu

6、lt．Theprotocolincreasesthesuccessfultransmissionprobabilityofdatapackets，butitsperformanceispoorwhenthenetworkloadvariesdynamically．BasedonthecontentionstrategyofIIDG-MAC，GA-MACisproposedtoadjustthedutycycleadaptivelytothechangingtrendofthecurrentsystemstate．SoitCanadapttothevaria

7、blenetworks，andkeepsynchronouscommunicationbetweendifferentsensornodes．ToevaluateGA—MAC，thesimulationsaremadewithnetworksimulatorsoftware．OPNETinanidealchannel．SimulationresultsshowthatGA-MACCanimprovesystemperformance，whilemaintainalowenergyconsumption．Keywords：WirelessSensorNetw

8、orksMACProtocolGameTheoryPerforma