无线传感器网络AC层节能机制研究.pdfVIP

摘要 摘 要 作为一项正在迅速发展的技术，无线传感器网络（WSNs ，Wireless Sensor Networks ）技术已经得到了广泛的应用并且成了信息技术领域的研究热点之一。 在WSNs 的设计中，通常要考虑其节能性、延迟性、服务质量、容错性和扩展 性等因素。由于无线传感器节点硬件和能量的限制，与其网络生存期密切相关 的节能性显得尤为重要。研究者们设计了各种节能机制来延长WSNs 的生存期。 其中就包含各种网络层以及介质访问控制（MAC ）子层的节能机制。而本文的 研究对象正是MAC 子层的节能机制。主要研究工作如下： 首先，对WSNs 的能耗和其中的节能机制进行研究。在WSNs 中无线传感 器节点的收发器消耗了WSNs 的绝大部分能量。因此研究如何减少收发器的能 耗对于节省整个WSNs 的能量并延长网络生存期具有重要意义。本文对WSNs 中网络层和MAC 层的一些协议进行了细致的分析。通过对网络层协议的研究 发现，网络层协议的节能措施主要有：减少单跳的传输距离，减少总的跳数,对 传输中的数据进行数据聚集等。而通过对MAC 层协议的研究发现，MAC 层协 议的节能措施主要有：降低数据发送冲突的几率，采取周期性唤醒/休眠的调度 机制，采用前导抽样技术减少空闲监听等。 接着，对休眠/唤醒调度周期同步的S-MAC （Sensor MAC,S-MAC ）和休眠 /唤醒调度周期异步的DPS-MAC （Dual Preamble Sampling MAC,DPS-MAC ）进 行研究。在分析比较二者的节能性和延迟性之后发现，虽然 S-MAC 调度周期 同步机制带来了额外的同步开销，但是该机制有效地避免了DPS-MAC 中短频 闪前导带来的能耗；而DPS-MAC 检测信道的方式是利用RSSI 的值对信道进行 两次抽样（即所谓的双前导抽样）来判断信道是否被占用，因此DPS-MAC 中 又不存在 S-MAC 每个调度周期开始时监听信道的能耗。在比较二者的优点和 缺点之后，本文展示了一种结合二者优点的本地同步机制。经分析发现，这种 本地同步机制比前二者更加节能。 最后，基于网络仿真平台NS2 （Network Simulator 2 ），对带有本地同步机 制的DPS-MAC 和不带本地同步机制的DPS-MAC 的节能性和延迟性进行评估。 节能性是用节点的收发器处于发送和接收的时间在整个仿真期间所占的比例来 I 无线传感器网络MAC 层节能机制研究 评价的；延迟性则是用分组的6 跳传输延迟来评价的。仿真结果显示，本地同 步机制可使DPS-MAC 更加节能，而且加入本地同步机制后DPS-MAC 的延迟 性能几乎保持不变。 关键词: 无线传感器网络；能量效率；介质访问控制协议；本地同步；活动期 比例 II Abstract Abstract As a rapidly developing technology , wireless sensor networks(WSNs , Wireless Sensor Networks) have been used widespread and become one of the research hot spots in the field of information technology . In the designing of WSNs , due to the limits of wireless sensor nodes power and hardware device , energy efficiency should be considered except for latency , quality of serv