無線網(wǎng)絡中新型MAC協(xié)議的設計.pdf

1、近年來，無線傳感器網(wǎng)絡（Wireless Sensor Network，WSN）以低成本、自組織、動態(tài)拓撲、多跳路由等特點，成為許多重要應用中的首選解決方案，例如：入侵檢測、目標跟蹤，實現(xiàn)工業(yè)自動化等等。在無線傳感器網(wǎng)絡中，節(jié)點之間的通信方式影響著整個網(wǎng)絡的性能。在很多情況下，由于節(jié)點的能量不可補充，能量有效性成為通信過程中考慮的主要因素。除此之外，延遲、丟包、沖突碰撞、干擾等因素也影響著整個網(wǎng)絡的性能。而媒體介入控制（Medium A

2、ccessControl，MAC）層負責協(xié)調節(jié)點進入共享無線介質的方式，為了在WSN中以一種能量有效的方式進行高吞吐量的通信，設計一個高效的MAC協(xié)議是非常重要的。
　　大部分的MAC協(xié)議采用占空比機制來減少由于空閑監(jiān)聽而造成的能量消耗。但是，異步MAC協(xié)議在傳輸數(shù)據(jù)包時，需要等待下一跳從睡眠狀態(tài)中喚醒，所以周期性的睡眠喚醒機制會引起端到端的傳輸延遲。為此MAC協(xié)議中提出了許多減小延遲的機制，但是大多數(shù)機制是針對低負載鏈路提出的，

3、忽略了鏈路的動態(tài)變化性。此外，為了避免沖突，大多數(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡采用載波監(jiān)聽多路訪問沖突避免的機制，該機制帶來了隱藏終端和暴露終端的問題。隱藏終端帶來了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臎_突碰撞問題，增大了網(wǎng)絡的延遲。暴露終端問題減少了數(shù)據(jù)并行傳輸?shù)臋C會，降低了信道的利用率。大多數(shù)的研究往往基于請求發(fā)送/應答發(fā)送（Request to Send/ Clearto Send，RTS/CTS）握手機制或者是功率控制機制來解決單個問題，而不是將這兩個問題同時解決。

4、
　　為解決上述問題，本文集中研究無線傳感器網(wǎng)絡中的MAC協(xié)議。本文分為5章。第1章介紹了研究的背景、意義與研究現(xiàn)狀。第2章對當前已經(jīng)提出的MAC協(xié)議進行了分類與總結，并對經(jīng)典的MAC協(xié)議做了對比與分析。第3章給出了一個低延遲且能量有效的按需睡眠（Demand Sleep）MAC協(xié)議DS-MAC。在該協(xié)議中節(jié)點能夠根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)量自適應的調整睡眠時間。因此節(jié)點無論在高負載或者是低負載鏈路中，都能夠及時的接收或者發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少

5、了等待延遲和丟包率。DS-MAC通過在確認包中加入了對節(jié)點預測的睡眠時間，達到了同步的效果。這使得節(jié)點在下一次傳輸數(shù)據(jù)時，能夠僅在目標節(jié)點喚醒前的一小段時間內喚醒，從而節(jié)省了能量，延長了網(wǎng)絡的壽命。第4章給出了利用速率自適應機制，功率自適應機制和忙音信號機制同時解決隱藏終端和暴露終端問題的MAC協(xié)議。該協(xié)議采用了雙信道的通信模型，且在RTS/CTS數(shù)據(jù)包的發(fā)送之前，進行忙音信號的發(fā)送，避免了RTS/CTS的碰撞丟失，提高了網(wǎng)絡通信的穩(wěn)定