大规模无线传感器网络MAC协议研究

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1、摘要摘要随着蓄电池行业水平的发展对产品质量控制和售后服务的要求，蓄电池行业需要在蓄电池生产的化成过程对蓄电池的充放电情况进行监控。蓄电池的化成生产车间内，往往有超过4000个电池在同时进行充放电作业，且工业现场条件恶劣复杂，对处于大规模组网状态的无线传感器网络提出了更高的要求。如何在传统制约无线传感器网络的因素，如节点的带宽、能量上限等仍没有得到根本性的解决的前提下，保持甚至优化大规模布局的无线传感器网络的整体能耗、通信延迟和通信效率，是当前研究的热点问题。本文从MAC协议角度对大规模组网的无线传感器网络进行分析和研究，主要工作有

2、：(1)介绍了大规模蓄电池充放电系统的软硬件方案以及其对无线传感器网络的需求。同时，对大规模无线传感器网络MAC协议的基本理论进行介绍，简要分析了经典的MAC协议，指出其在大规模组网条件下的不足，提出解决大规模组网问题的基本方法：网络分解、节点／信息分类和防拥塞机制。(2)针对大规模蓄电池充放电监测系统分别存在事件驱动型和周期采集型两种事件模型的特点，提出一种针对基于传播性事件驱动的大规模无线传感器网络的A．Sift协议和一种针对基于树状拓扑结构的周期性采集网络的ABDC．MAC协议。A．Sift针对传播性事件驱动的大规模无线传感

3、器网络的数据完整性需求，以及传播性事件节点数目和流量动态变化的特点，在Sift协议的基础上，引入节点分类优先级机制和全局统计调度机制，解决了事件中心节点数据丢失和信道流量动态变化的问题。ABDC．MAC协议针对树状拓扑的大规模传感器网络中存在的节点能量和传输效率问题，提出了一种基于大规模网络分解和协调的无线传感器网络MAC协议。该协议在路由信息的基础上对网络进行再一次分解，并采用了与之相适应的节点接入算法，增强了对大规模无线传感器网络有良好的适用性。(3)在上述研究的基础上，针对大规模蓄电池充放电生产信息采集问题。提出一种基于网络

4、分解和生产信息分级的HBDS．MAC协议。该协议以生产设备的架构为基础，构筑3层树状网络架构，并且按照业务的类型对节点接入网络的优广东工业大学工学硕士学位论文先级进行了区分，满足了不同数据对时延和完整性的要求。该算法也有效地应用于大规模蓄电池充放电监测系统中。本课题主要研究大规模无线传感器网络MAC协议及其在大规模蓄电池充放电监测系统的应用，文章根据应用模型的不同，采用不同的解决机制，在功能和性能方面，改进了传统MAC协议对大规模无线传感器网络的适应性问题，并提出一种针对工业生产应用的MAC协议，具有一定的工程应用价值。关键词：无

5、线传感器网络；MAC协议；大规模；蓄电池充放电监测系统；HBDS．MAC协议UABSTRACTThedevelopmentofthebatteryindustryrequiresahigherlevelofqualitycontrolandservices，andthemonitorthebatteries’charge—and—dischargeprocessisneededbythebatteryindustry．Inthecharge—and-dischargeworkshop，morethan4，000batteriesa

6、reunderchargingordischargingatthesametime．Andthefieldconditionoftheworkshopisharshandcomplex，whichputforwardhigherrequirementsforthelargescaleorganizationwirelesssensornetwork．Howtomaintainorevenoptimizetheoverallenergyconsumptionandthecommunicationefficiencyofthelarg

7、e—scalewirelesssensornetworkwhilethetraditionalcontractsfactors，suchasnodebandwidthandenergyceiling，stillhasnotbeenfundamentallysalutedisahottopicofcurrentresearch．Inthisthesis，weanalysisandresearchthelargescalewirelesssensornetworkfromtheMACprotocolperspective，themai

8、nresponsibilitiesare：(1)Thesoftwareandhardwareplanofthelarge-scalebatterychargeanddischargesystemanditsrequirementsforwirele