无线传感器网络中基于分簇的MAC层节能研究

【摘要】： 无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。随着传感器技术、微电子系统、现代网络和无线通信等技术的发展,以体积小、成本低、具有数据收集、短距离无线通信和数据处理能力的传感器节点为基础,无线传感器网络在环境监测、军事、工业控制、医疗健康等领域有着广阔的应用前景。传感器能量受限的特点,使无线传感器网络区别其他网络把能量有效放到所有问题的首要位置。因此如何降低无线传感器网络的能耗是目前该领域研究的热点问题。 无线传感器网络中,介质访问控制协议(Medium Access Control,MAC)规定了无线信道的使用方式,对传感器网络得性能有较大影响,是无线传感器网络能量损耗的关键网络协议之一。经过专家的研究发现良好的分簇结构能够提高MAC协议的效率,为数据融合等很多方面提供基础,降低无线传感器网络的整体能耗,延长网络生存时间,因此分簇结构可以作为降低MAC协议能耗的一个解决方案。 本文在对不同类型MAC协议进行了介绍,并分析了MAC层的能耗原因,如网络串音、空闲侦听、碰撞冲突及控制信息过多。针对上述原因,本文提出了一种簇结构的MAC层节能算法(MEAC),该算法围绕MAC层节能的目标,通过簇结构的各个环节采用相应的策略来降低MAC层的能耗。MEAC算法采用DCHS的簇头选取策略来均衡网络能耗,在稳定工作阶段对簇内时槽进行动态分配来避免网络串音和空闲侦听等问题,并引入数据加权系数,增加敏感数据的时槽长度。然后簇内节点所需传输数据进行无损失数据融合,减少控制信息等冗余数据。使用NS2仿真平台对MEAC算法的各个部分进行验证,结果显示MEAC算法降低了能耗达到了能量有效的目标。 最后总结本文的工作,并对以后的工作进行了展望。 【关键词】：无线传感器网络 节能 MAC协议 分簇
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 中文摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-12
• 1.1 论文研究背景及现状9-10
• 1.2 研究的目的与意义10-11
• 1.3 本文的组织结构11-12
• 第2章 MAC层协议与分簇算法研究12-29
• 2.1 无线传感器网络MAC协议12
• 2.2 MAC协议分类及概述12-20
• 2.2.1 基于信道竞争的MAC协议14-16
• 2.2.2 基于固定分配的MAC协议16-19
• 2.2.3 混合型的MAC协议19-20
• 2.3 MAC层能耗分析20-23
• 2.4 MAC层数据融合23-25
• 2.4.1 数据融合概述23-24
• 2.4.2 独立于应用的数据融合24-25
• 2.5 分簇算法研究25-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 基于分簇的MAC层节能算法29-41
• 3.1 问题分析29-33
• 3.1.1 网络模型与假设30-31
• 3.1.2 MAC能耗与分簇网络31-33
• 3.2 分簇模型33-37
• 3.2.1 簇头产生33-34
• 3.2.2 簇的形成34-35
• 3.2.3 稳定工作阶段35-37
• 3.3 簇节点数据融合37-38
• 3.3.1 融合设计37
• 3.3.2 融合算法37-38
• 3.4 MEAC算法38-40
• 3.5 本章小结40-41
• 第4章 算法仿真与性能分析41-50
• 4.1 网络仿真41
• 4.2 NS2仿真平台41-44
• 4.2.1 NS2特点42
• 4.2.2 NS2的功能模块42-43
• 4.2.3 NS2的网络模拟一般过程43-44
• 4.3 仿真实验及性能分析44-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第5章 总结与展望50-52
• 5.1 本文工作总结50
• 5.2 展望50-52
• 参考文献52-56
• 附录A 硕士期间发表论文56-57
• 致谢57

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