基于优先级和休眠机制的无线体域网mac协议的能效优化

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1、多事京．)p．一1硕士学位论文基于优先级和休眠机制的无线体域网MAC协议的能效优化TheEnergyEfficiencyOptimizationinMACProtocolofWirelessBodyAreaNetworkBasedonthePriorityandtheSleepMechanism作者：陈磊导师：谈振辉教授北京交通大学2014年3月学位论文版权使用授权书、Y26032唑m砒呲呲llIII眦眦吣呲l砒峨本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅

2、览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：个磐磊导师签名：彳叼签字日期：劢牛年≥月，少日签字日期：a矽，乒年3月垆日中图分类号：TN929．5UDC：621．39学校代码：10004密级：公开北京交通大学硕士学位论文基于优先级和休眠机制的无线体域网MAC协议的能效优化TheEnergyEfficiencyOptimizationinMACProtocolofWirelessBodyAreaNetworkBasedonthe

3、PriorityandtheSleepMechanism作者姓名：陈磊导师姓名：谈振辉学位类别：工学学号：09120152职称：教授学位级别：硕士学科专业：通信与信息系统研究方向：无线通信北京交通大学北尿父逋大字2014年3月致谢本论文的工作是在我的导师谈振辉教授的悉心指导下完成的，谈振辉教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢三年来谈振辉老师对我的关心和指导。张金宝老师悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予了我很大的关心和帮助，对于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此向张金宝老师表示衷心的谢意

4、。在实验室工作及撰写论文期间，白嗣东、李建新、陈铭砷等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。中文摘要摘要：无线体域网是新一代的无线网络，在医疗、救援、军事等领域有着非常广泛的应用前景，它的主要组成单元为传感器节点，负责数据信息的采集、处理和传输。传感器节点通常是由电池供电，能量十分有限，因此，降低传感器节点的能量消耗，延长生存周期对无线体域网就显得非常关键。在无线体域网中，媒体访问控制(MediaAccessControl，MAC)协议决定着传感器节点使用无线信

5、道的方式，为传感器节点分配有限的无线信道资源，对无线体域网的性能有着重要的影响。因此，研究设计低能耗的MAC协议，对提高无线体域网的性能有着非常现实的意义，本文将分别从设置优先级和休眠机制两个角度对无线体域网中的MAC协议进行优化。首先，本文介绍了无线体域网的研究背景和关键技术，分析了无线体域网MAC协议的研究现状和设计MAC协议的原则，并重点介绍了基于WakeUpRadio的MAC协议，该协议采用在传感器节点上附加一个低能耗的唤醒模块来控制节点的休眠与激活。进而，本文通过对业务类型、传感器节点设置优先级以及简化紧急业务数据传输流程等方式，对基于Wake

6、UpRadio的MAC协议进行了优化，优化后的MAC协议在降低无线体域网的能量消耗方面取得了不错的效果，提高了无线体域网的能效性。其次，本文针对现有无线体域网MAC协议设计中普遍采用的传统休眠进行了优化。构建了马尔科夫链随机模型，引入了能耗和时延代价矩阵，通过采用线性规划的方法解决了有约束条件的最优化问题，进而得到了使得能耗取得最小值的最优决策。根据最优决策来决定传感器节点在下一时刻进入休眠或者激活状态，避免节点在激活和休眠状态之间频繁转换所带来的能量消耗，进而达到了降低传感器节点的能量消耗，延长节点的电池使用寿命，提高无线体域网整体网络性能的目的。最后

7、，本文总结了无线体域网MAC协议的研究现状，提出了进一步工作的展望。关键词：无线体域网；MAC；优化；低能耗；优先级；休眠机制分类号：TN929．5ABSTRACTABSTRACTABSTRACT：WirelessBodyAreaNetworkisanewgenerationofwirelessnetworks，whichhasaverywiderangeofapplicationinthemedical，rescue，militaryandotherfields．Sensornodeisthemaincomponentunit，throughwhich

8、collecting，processingandtransmittingdata