无线传感器网络跨层节能设计方法.docVIP

 无线传感器网络跨层节能设计方法# 王艳，唐秀芳* （江南大学物联网工程学院，江苏无锡，214122） 5 10 15 20 25 30 35 40 摘要：通过对无线传感器网络中可靠性和能量消耗的分析，本文提出了一种基于跨层设计的 MAC(medium access control)协议，称为 CLLEMAC(Cross-layer and Low Energy-consumption MAC)。它利用物理层、MAC 层和路由层之间的信息交互，在保证可靠通信的基础上，实 现在一个侦听/睡眠周期内数据多跳传输，缩短数据传输时延，并且有效控制网络数据传输 的冗余度，降低冗余节点能量消耗，延长网络寿命。性能分析和仿真结果表明，CLLEMAC 协议比 SMAC、ASMAC 协议具有更短的延迟、更低的能耗和较好的可靠性。 关键词：无线传感器网络；跨层；能量；时延；可靠 中图分类号：TP393 Cross-Layer Energy Efficiency Design in Wireless Sensor Networks WANG Yan, TANG Xiufang (Institute of Electrical Automation, Jiangnan University, Jiangsu, Wuxi, 214122) Abstract: Based on the analysis of the reliability and energy-consumption in WSNs, In this paper, we propose a cross layer-based MAC protocol abbreviated as CLLEMAC(Cross-Layer and Low Energy-consumption MAC). CLEMAC uses the interactions among MAC, Routing and Physical layers. It realizes multi-hop data transmission in a listen / sleep cycle by utilizing the interactions among MAC, reduces multi-hop delay of the data delivery and takes the redundancy under control after weighing the energy-consumption to reduce energy consumption of redundant nodes for wireless sensor networks and prolongs the network life on the basis of reliable communication. Through the performance analysis and the simulation study, CLLEMAC shows its advantages such as shorter latency, lower energy-consumption, and high reliability to SMAC, ASMAC. Key words: Wireless Sensor Network; Cross-Layer; Energy; Reliability; Latency 0 引言 无线传感器网络中的节点是体积微小的嵌入式设备，采用能量有限的电池供电，由于传 感器节点数量众多，分布区域广，部署区域环境复杂，为传感器节点补充能源是很困难的， 所以节能降耗成为网络设计中最主要的目标之一[1]。如何降低节点能量消耗，延长网络寿命， 同时根据应用的要求改善时延[1]、可靠性等网络性能，这就使得无线传感器网络的各项技术 也要按照该目标进行设计。 无线传感器网络的大部分能量消耗在无线通信模块上[3-4]，作为直接控制无线通信模块 状态的MAC层来讲，MAC协议设计的节能效果直接影响到节点寿命的长短，因此研究者提 出了许多高效节能的MAC协议[5-6]，但大多在单独层面上采用侦听/休眠交替的周期策略而且 以长延迟为代价[7]，这种节能设计与提高网络性能相矛盾，而且没能充分利用不同层之间的 信息交流，因此采用跨层设计成为有效节能和提高网络性能的重要研究方法 [8-10]。目前， SMAC[11]是在IEEE 802.11标准的基础上提出的MAC协议，节点有固定的唤醒周期，侦听时 间过长，造成能量不必要的浪费，侦听时间过短，又会增大消息延迟。为进一步提高SMAC 性能，研究者提出了自适应无线传感器网络MAC协