一种无线传感器络能效优化的mac协议研究.pdf

摘要 论文题目：一种无线传感器网络能效优化的MAC协议研究 学科专业：计算机应用技术 研究生：胡赓 签名：翅蜃 指导教师：吕林涛教授 签名： 摘 要 随着无线传感器网络在各个领域的快速发展和广泛应用，当前大多数网络协议已不能 满足很多领域对节点低能耗及低延时的要求。因此如何提高传感器节点能效，成为当前迫 切需要解决的问题。而作为无线传感器网络中对于节点能效影响最大的MAC协议的研 究，已经成为当前研究的热点。 本文以经典的节点周期性睡眠侦听理论为基础，通过研究现有的无线传感器网络 MAC协议，并针对现有协议存在的不足，以及特定领域如医疗、军事、环境监测、灾难 监测等对传感器网络更低能耗、更低延时的要求，提出了一种面向无线传感器网络能效优 化的G—MAC协议。本文的主要内容包括： (1)针对当前无线传感器网络高能效的要求，提出一种异步转发的G．MAC协议，降 低传感器节点数据转发延时，同时最大限度地减少节点能耗。协议首先利用无线传感器网 络多跳式的结构特点，将数据的转发路径以数据汇集树的形式实现；然后，在考虑冲突避 免的前提下，设计并仿真了基于异步转发的无线传感器网络G．MAC协议；最后，应对不 同的网络负载情况，计算传感器节点在有限能量下的能效及寿命以衡量协议的优劣性。 (2)针对周期性睡眠侦听机制所造成的节点早睡延时，改进了G．MAC协议的帧结构， 引入自适应侦听机制，即在节点的每个活动周期传输一个数据之后，并不立即转入睡眠状 态，而是增加一段动态自适应侦听，如果在自适应侦听时间内检测到信道上有新的传输， 则立刻开始传输数据，否则转入睡眠状态，以此避免因早睡问题而引起的睡眠延时。 (3)通过对G．MAC协议进行的实验分析比对，其结果表明该协议不但有效降低了节 点因空闲侦听造成的能耗，而且在网络负载越来越高的情况下，通过自适应侦听机制，以 非常小的能耗代价有效地降低了数据转发延时，提高了信道利用率。 因此，G．MAC协议适应了当前很多领域对无线传感器网络高能效的要求，具有一定 的理论和实用价值。 关键词：无线传感器网络；空闲侦听；能效；持续侦听；信道利用率 hbstract Title：RESEARCHONMACPROTOCOLFORENERGY NETWORKS OPTIMlZATIONOFWlRELESSSENSOR Major：ComputerApplicationTechnology Hu Signature Name：Geng LU Signature Supervisor：Prof．Lintao Abstract networksin withthe andwide ofthewirelesssensor Along rapiddevelopmentapplication various currentnetwork cannot thenode oflow areas，most protocolssatisfy requirements and to the ofsensornodeshas energylow—latency．Therefore，howimproveenergyefficiency becomean tobesolved．AndMAC themostessential