一种无线传感器网络低功耗MAC协议的分析与实现

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1、一种无线传感器网络低功耗MAC协议的研究与实现学位论文独创性声明本人所呈交的学位论文是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果．据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果．对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意．作者签名：燃垒日期：22Z。!!：墅学位论文授权使用声明本人完全了解华东师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版．有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论J文进入学校

2、图书馆被查阅．有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索．有权将学位论文的标题和摘要汇编出版．保密的学位论文在解密后适用本规定．学位论文作者签名：糨守日期：芝2111：孥尘了一形业名鲨警师耻副嗍华东师范大学硕士学位论文一种无线传感器网络低功耗MAC协议的研究与实现1．1论文研究的背景第1章绪论随着传感器技术、无线通信技术和数据处理技术的迅猛发展，已经出现了集这三种技术为一体的传感器器件。大量的这种具有无线通信和数据处理能力传感器器件通过一定的协议构成自组织网络，可以进行数据收集和传输，为用户提供有用信息，这就是无线传感器网络技术

3、。无线传感网络是继因特网之后，将对21世纪人类生活方式产生重大影响的rr热点技术。2003年，美国商业周刊在其“未来技术专版”中发表文章指出，传感器网络是全球未来的四大高新技术产业之一，将掀起新的产业浪潮。无线传感器网络可应用于军事、应急、环境监控、家用、企业管理、保健、交通等各个领域，比如家庭采用无线传感器网络负责安全、调控、节电、保健等；企业和社区采用无线传感器网络负责保安与安全、供应监测、人员流动与车辆进出等。各种社会活动中，无线传感器网络的应用更是举不胜举。而由于无线传感器网络其节点小，分布广的特点，大多应用都采用电池供

4、电，因而都受到能量消耗的限制，因此电源管理一直是无线传感器网络应用领域关注的重点。目前，在无线传感网的各种应用中，还并没有完善的电源管理机制，因此实现有效的电源管理仍然是无线传感网发展的一个巨大技术挑战。1．2国内外研究现状自90年代起，国外的一些著名大学先后开展了传感器网络方面的研究工作。加州大学洛杉矶分校在生态监控方面研究Y4,气候传感器和视频传感器网络技术，在地震监控和响应结构方面研究了数据通信控制器和网络时间同步、传感器可靠部署、宽带地震网络、结构检测的无线地震监控网络。加州大学伯克利分校实施了WINS项目，项目包括NE

5、ST(网络嵌入系统技术)，为网络嵌入系统开发了一系列的软硬件实验平台，包括在小型传感器器上运行的TinyOS操作系统，TOSSIM模拟器，数据查询系统T'myDB，以及在TmyOS上运行的编译器nesC，用于传感器网络的定位系统Calamari，链路层加密算法TinySEC。而在低功耗MAC协议方面，各个研究机构和大学也分别发布了自己的研究成果，如伯克利分校提出的LPL(LowPowerListening)协议，以及其改进型的WiseMAC，B-MAC协议和南加州大学提出的S．MAC协议等。但是这些协议都是在802．15．4标准

6、提出之前制定的，当时流行的射频芯片是chipcon公司的CCl000，一些经典的协华东师范大学硕士学位论文一种无线传感器网络低功耗MAC协议的研究与实现议还并未能在支持802．15．4的射频芯片(如CC2420，CC2430等)上实现。国内传感器网络系统方面的研究起步较晚，是随着802．15．4标准的出台才引入国内，近两年来才受到广泛关注，“传感器网络系统的基础软件及数据管理关键技术的研究”己被列为国家自然科学基金委员会信息科学部与微软亚洲研究院正式签署的第二期联合资助项目之一，国家“十五“科技攻关项目把传感器网络列为重大研究项

7、目。1．3论文的研究目标本文的研究目标是分析当前国内外最新的无线传感器网络MAC层低功耗协议和相关低功耗技术，然后集各家所长提出一个新的超低功耗MAC层协议一一EmMAC协议，并在MSP4301611+CC2420的硬件平台上实现该协议。本文的具体目标是从两个方面来描述EmMAC协议，第一个方面是介绍EmMAC的纯MAC层的性质、功能、如何完成低功耗以及理论上与其他低功耗协议的比较。第二个方面是阐述EmMAC在硬件平台上的具体实现。由于EmMAC协议本身具有一些特定需求，而且射频芯片CC2420也有自己的特性和局限性，所以本文还

8、必须要为EmMAC量身定做一个物理层协议来协助EmMAC协议的实现。因此本文的实现部分不仅包括EmMAC的实现，而且还包括了一个带特定支持接口的物理层实现。1．4本文的内容和组织结构第一章绪论，介绍了论文研究的背景、国内外研究现状、论文的研究目标和论文的组织结构