新型随机多址接入无线传感器网络MAC控制协议与能量有效性分析
硕士论文_能量高效的无线传感器网络跨层MAC协议
硕士学位论文(工学硕士)能量高效的无线传感器网络跨层MAC协议研究能量高效的无线传感器网络跨层MAC协议研究Classified Index: School Code: 11845UDC: Security Class: Class No.:2110704298A Dissertation for Master’s Degree ofGuangdong University of Technology（Master of Engineering Science）Research on Energy efficient cross-layer MAC protocolfor Wireless Sensor Networks毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。
尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。
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无线传感器网络S-MAC协议研究
无线传感器网络S-MAC协议研究江雪(Nanjing University of Posts and Telecommunications, Nanjing 210003)基金项目：国家自然科学基金(60372107)摘要：传感器节点能量受限，节能是传感器网络中媒体访问控制(MAC)协议设计的首要问题。
采用周期性睡眠机制、自适应侦听机制、串音避免机制和消息传递机制可使得传感器媒体访问控制(S-MAC)协议在网络能耗和时延方面得到改进。
对S-MAC协议的改进主要有两种方式：动态调整、区别控制包与数据包的发送条件进行发送。
对无线传感器网络，要想设计出一种满足各方面要求的MAC协议是不现实的，可针对不同应用的要求，灵活采用不同的方式，设计出相应的协议。
无线传感器网络通常包含大量自组织的分布式节点。
由于其组网快捷、灵活，且具有不受有线网络约束的优点，可广泛应用于紧急搜索、灾难救助、军事应用等特殊环境，因而具有广泛的应用前景。
由于传感器节点能量受限，节能成为传感器网络媒体访问控制(MAC)协议设计首要的问题。
由文献[1]可以看到传感器媒体访问控制(S-MAC)协议就是针对传感器网络的节能需求而提出的。
周期性睡眠机制、自适应侦听机制、串音避免机制和消息传递机制使得S-MAC协议在网络能耗和时延方面的性能很优越，但距离实际应用的要求还有一段差距。
1 S-MAC协议介绍S-MAC协议是在802.11协议的基础上提出的，设计的主要目标是减少能量消耗，提供良好的扩展性。
其主要实现机制包括周期性侦听和睡眠、串音避免、消息传递和流量自适应侦听。
1.1 S-MAC协议实现的关键技术(1)数据包的嵌套结构应用层MAC层物理层MAC：媒体访问控制图1 S-MAC协议中数据包格式MACCRC：循环冗余校验MAC：媒体访问控制图2 S-MAC协议的堆栈的网络模型S-MAC协议数据包的嵌套结构如图1所示。
在S-MAC协议中，上一层数据包包含了下一层数据包的内容。
传感器网络MAC协议能量有效性的研究与MATLAB的仿真
机制 ， 减少侦听时间 ， 当然这需要同步机制支持。 发送节点和接收节点用 Ｒ Ｓ和 Ｃ Ｓ机制 占有信 Ｔ Ｔ
道， 这样可以减少 冲突， 而其他无关节点可以先休
眠一段 时间 。
１１ Ｓ—ＭＡ Ｓｎｏ — Ｃ） ． Ｃ（ｅｓｒ ＭＡ 协议
虑节点传输、 以及传输时发生拥挤、 碰撞 ， 导致能
摘
要 ： 线传感器 网络 由于能量受限 ， 无 传感器节点的生存周期取决 于节点 的能量消耗 。本文分
析 了典型 的 Ｓ—ＭＡ Ｃ协议 和 Ｔ—Ｍ Ｃ协议 ， Ａ 研究了这些协议 的工作原理。针对 节能问题 ， 建立 了
能量消耗的数学模型。对无线传感器网络的 Ｍ Ｃ Ａ 协议 ， 进行了 Ｍ Ｔ Ａ Ａ Ｌ Ｂ软件仿真， 做出了关于
采集到的数据， 在工作阶段集中发送。
如图２ 在工作阶段的开始 ， ， 节点发送同步消 息， 之后通过 Ｒ Ｓ Ｃ Ｓ Ｄ Ｔ ／ Ｃ Ｔ ／ Ｔ ／ Ａ Ａ Ａ Ｋ机 制发送数 据， 避免冲突造成 的能量浪费。通过同步消息 ， 相 邻节点可以采用相同的工作／ 休眠策略 ， 新节点也 可以加人进来 ， 这种机制在协议 中称为虚拟簇 。
０ ６ ０ ０ ５ — ４ １０ ３ ５ ２０ ）２— ０ １ ０
传 感器网 Ａ 协 络Ｍ Ｃ 议能量 性的 有效 研究与ＭＴＡ 的 ＡＬＢ 仿真
樊庆 亮 武卫东 王光兴
５００ ２ 辽 （． １ 胜利油 田有限公司技术检测 中心 ． 山东 东营 ２７０ ； ．东北大学 网络与通信 中心 ． 宁 沈阳 １００ ） １０４
量也要考虑能量高效问题。具体包括如下几个方
面：
收稿 Ｅ期 ： ０ 一 １ １ １ ２ ５ ｌ— ６ ０ 作者简介 ： 樊庆亮 （９ ８ ） 男 ， １６ 一 ， 山东聊城人 ， 工程师
无线传感器网络MAC协议研究
无 线 传 感器 网 络 是 由 一 组 传 感 器 节 点 通过 自 组 织 的 方 式 构 成 的 无 线 网 络 ! 它 可 以 用来 监 测 # 采 集 # 处 理 覆 盖 区域 中 监 测 对 象 的 信 息 ! 并 通 过 无 线 网 络 将传 递 信 息给 采 集 者" 随 着 微 电子 技 术 #传 感 器 技术 # 无 线 通信 技 术 以 及 计 算机 技 术 的发 展 ! 无线 传 感 器网 络 作 为一 种 新 兴 的 计算 机 网 络 ! 具 有 了 越 来越 广 泛 的应 用 领 域& 军 事 领 域& 利 用 无 线 传 感 器 网 络 能 够监 测 战 区 的 兵 力 和 装 备 # 实 时 监 测 战 场 状况 # 监 测 核攻 击 等 " 环 境 领 域& 无 线 传 感 器 网 络 在 环 境 方面 有 着 广 泛 的 应 用 ! 包 括 监 测 动 植 物 成 长环 境 # 灾 害天 气 以 及病 虫 害 预警 等 " 医 疗应 用 & 医 生可 以 远 程了 解 病 人健 康 状 况! 而 且 不必 妨 碍 病人 " 还 可 以 在 危 险情 况 下 通报 病 人 位置 以 及 现状 " 车 辆监 测 & 可 以用 于 车 辆应 变 片 和轮 压 的 监测 " 公 共安 全 和 反恐 & 监 测 有害 物 品# 危 险 物 品! 减 少 对人 的 伤 害" 媒 体 访 问 控 制 $1. :631 *++. ’’ +0-()07 !! %$ % 协 议 的言
无 线 传 感器 网 络 具 有 移 动 性 # 自 组 织 性 等 特 点 ! 这 对 !%$ 协 议 的 设 计 造 成了 很 大 的影 响 " 无 线 传 感器 网 络 中 !%$ 协 议 的设 计 需 要面 对 的 问 题 主 要有 & 隐 藏C 暴 露站 点 问 题# 入 侵 站点 问 题 # 资源 问 题 " 对 于 !"$ 协 议 的 设计 ! 一 般 要 考 虑能 量 节 省 # 可 扩展 性 # 网 络 效 率 等 几 个 方面 " 在 无线 传 感 器网 络 中! 节 点 能 量有 限 ! 并 且 一 般都 难 以 补 偿 ! 因 此 节 能 问题 是 目 前 无 线传 感 器 网 络 中 !"$ 协 议 设 计 最关 心 的 ! 可 能 造 成 节 点 能量 浪 费 的原 因 主 要有 一 下 几种 & 冲突 & 在 节点 发 送 数据 过 程 中! 当 一 个以 上 数 据 包 在 同时 传 输 时 ! 就 会 产 生 冲去 ! 冲 突产 生 后 的数 据 重 传会 造 成 能量 的 浪 费 " 在基 于 竞 争 的 协 议 中 ! 冲 突 是主 要 问 题 ! 但 在 基 于 时 分 复用 这 样 的 预 约 协 议 中 一 般 不 会 发生 冲突" 空闲 侦 听 &无 线 传 感器 网 络 中! 节 点 不知 道 自 己 何 时 接受 到 数 据 ! 一 直 处 于 接收 状 态 !浪 费 了 能量 " 空 闲 侦听 的 消 耗主 要 依 赖于 硬 件 和操 作 模 式" 串音 & 当 一个 节 点 接收 到 传 给其 他 节 点的 数 据 包时 ! 就 会产 生 串 音" 当 流 量 负载 和 节 点密 度 很 大时 ! 串 音消 耗 的 能量 是 十 分大 的 " 控制 开 销 &发 送 # 接 收和 侦 听 控制 包 要消 耗 能 量 ! 也 会减 少 网 络 有 效 的 吞 吐 量" 因此 ! 对 !" $ 协 议 的 设计 ! 需 要综 合 考 虑上 述 因 素" D !%# 协 议
能量有效的无线传感器网络MAC协议
能量有效的无线传感器网络MAC协议
严谨;李平
【期刊名称】《计算机工程》
【年(卷),期】2010(36)23
【摘要】针对无线传感器网络中的隐终端和延迟问题,提出一种基于功率控制机制的改进MAC协议.节点在SMAC协议的基础上通过功率控制算法在每个节点所保存的功率等级表中动态地选择合适的功率值作为其发射功率,从而避免了隐终端和延迟问题.仿真结果表明,与SMAC协议相比,改进协议能提高网络的吞吐量,降低源节点到目的节点的端到端延迟.
【总页数】3页(P98-100)
【作者】严谨;李平
【作者单位】长沙理工大学计算机与通信工程学院,长沙,410114;长沙理工大学计算机与通信工程学院,长沙,410114
【正文语种】中文
【中图分类】TP393
【相关文献】
1.能量有效的无线传感器网络路由协议研究 [J], 蒋觐阳;刘予峰
2.一种分布式能量有效的无线传感器网络分簇路由协议 [J], 魏春娟;杨俊杰;张志美
3.能量有效的无线传感器网络层次型路由协议 [J], 张倩王;邓成国;陈庆春
4.一种能量有效的无线传感器网络轮询接入控制协议 [J], 何敏;赵东风;保利勇;左
朝树
5.一种能量有效的移动无线传感器网络MAC协议 [J], 马锦雨;徐玉斌
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无线传感网中能量有效的免碰撞MAC协议
Ｅ Ｃ。该协议将数 据传输划分 为协 商和节点排 队传榆 两个阶段 ， Ｒ 通过碰撞避 免、 节点休 眠和批量传 输机 制提 升吞吐量 并节省整 体能耗 。理论分析和仿真表 明， 该协议在各 种 负载情 况下都能明显提 升 网络 的吞 吐量与能量效率。
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基于SMAC的无线传感器网络MAC协议的分析与优化
基于SMAC的无线传感器网络MAC协议的分析与优化赵雪莹【摘要】首先对MAC协议进行了相关介绍.然后重点介绍了一种基于竞争的无线传感器网络MAC层协议S-MAC协议.其核心是提出了一种新的无线传感器网络的MAC协议设计方案.基于动态调整占空比的思想,提出了ATC-SMAC协议.该协议在S-MAC协议的基础上改进了固定占空比的劣势,根据每个节点上的数据包的平均延迟调整占空比.通过动态地调整每个节点的占空比,使不同流量的节点拥有不同的工作时间,协议根据不同节点的流量情况自适应地对其占空比进行调整.经过仿真试验,得到ATC-MAC在网络端对端延迟、能量消耗以及吞吐量方面较S-MAC协议都有比较明显的提高.%The MAC protocol is introduced. A wireless sensor network MAC layer protocol based on competition named S-MAC protocol is analyzed. The core of this paper is the design scheme of MAC protocol of a new wireless sensor network, and the ATC-SMAC protocol based on the dynamic adjustment of duty cycle is proposed. This protocol improved the disadvantages of fixed duty cycle of S-MAC, and used the strategy of adjusting the duty cycle according to average packet delay on one node. Nodes with different traffic owned different work time according the duty cycle dynamic adjustment of each node. The protocol dynamically adjusted the duty cycle according to the traffic of each node. According to the simulation, the ATC-MAC is better than S-MAC in end to end delay, energy consumption and throughput.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2011(034)019【总页数】3页(P46-48)【关键词】无线传感器网路;MAC协议;动态占空比;ATC-SMAC协议【作者】赵雪莹【作者单位】北京工业大学耿丹学院,北京 101301【正文语种】中文【中图分类】TN915-34无线传感器网络[1]协议ATC-SMAC主要是提高基于竞争的S-MAC协议的能量使用率，同时减少S-MAC协议的网络延迟。
新一代移动通信技术4-无线传感器网络MAC协议
PETF
N slots ...
TR
W TE
N slots
...
W
图 1-8 时间帧划分
第二十三页，编辑于星期四：六点 五十九分。
WiseMAC协议-基本思想
基于CSMA机制，使用前导采样技术
通过本地同步的广播获得最小的前导长度
随机的前导长度保证冲突避免
第二十四页，编辑于星期四：六点 五十九分。
WiseMAC协议-关键技术1
前导采样
对信道进行采样 ，在短时间内对无线信道进行 监听
所有节点都保持相同的采样时间Tw
采样时监听到信道忙，节点会继续监听，直到接收 到数据或者信道空闲
数据包发送之前都要发送一个唤醒前导序列，该 序列的长度和采样周期的长度相等，保证在数据 部分到达时节点处于监听状态
第三十二页，编辑于星期四：六点 五十九分。
SMACS协议-关键技术2
链路建立
节点A和D分别在Td和Ta时刻开始进行邻居发现
节点B和C分别在Tb和Tc时刻开始进行邻居发现
两个时隙分配不同的频点 fx和fy
D、A相互发现
Tframe
发送时隙 接收时隙
fx
…
fx
…
Node D
Td
fx …
fx …
Node A
第十五页，编辑于星期四：六点 五十九分。
TMAC协议-基本思想
SMAC协议调度占空比固定，不能很好的适应网络流量
的变化 动态调整调度周期中的活跃时间长度
在TA时间内没有发生激活事件则进入睡眠
normal
active time
sleep time
TMAC
TA
TA
图 1-2 TMAC基本机制
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、０ － Ｎ Ｏ ２ ，１ ３１ ． Ｆ ｂｕ ｒ ０ ０ ｅ ｒ ａ ｖ２ １
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新型随机多址接入无线传感器 网络 ＭＡＣ 控制协议与 能量有效性分析
丁洪伟 ，赵 东风 ，黄毛 毛
（ 南大学 通 信 工程 系 ，云南 昆明 ６０ ９ ） 云 ５０ １
摘
要 ：提 出了一种新 的随机 多址接入无线传感器 网络 的 ＭＡＣ控制协 议，在发送分 组的时间 ｌ ａ中，采用 Ｐ概 ＋
率检测与 １坚持的联合控制策略 ，并对多通道 的随机多址接入无线传感器 网络进行 了分析 ，理论分析 了系统 的吞 一 吐量和多通道 中不 同业务 的吞吐量 ，以及信息分组的发送时延等参数 ，理论分析 与仿真 实验结 果相 一致 。还结合 无线传感器网络的能量有效性，通过对概率 Ｐ值的选取 ，控制忙周期侦听信道的节点数和空闲期的休眠站点数， 采用休眠技术实现 了系统的节能效果 。通过对 ２种无线传感器 网络控制协议 的能量有效性分析 ，证明了改进 的控 制协议其节点具有更长的生命周期，更适合作为无线传感器 网络的 ＭＡ Ｃ控制协议。 关键词：无线传感器网络；随机多址接入 ；Ｐ概 率检测 ；ｌ坚持 ；能量有效性 一 中图分类号：Ｔ １ ． Ｎ９ ４ ５ 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１０ —３ Ｘ（０ ００ —０ １ ７ ０ ０４ ６ ２ １）２０５ — ０
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ａ ｏ ｅ ａ ｄ ｍ ｌ ． ｃ ｅ ｓ Ｍ ＡＣ ｒ ｔ ｃ ｌｆ ｒＷ Ｓ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｍｕ ｔ－ｈ ｎ ｅ ｎ ｅ ｐ ｏ ａ ｉ ｔ ｅ ｅ ｔ ｎ ｎ ｖ ｌｒ ｎ ｏ ｍｕ ｔ． ｃ ｓ ｉａ ｐ ｏ ｏ ｏ ｏ Ｎ ｓｎ ｈ ｌｉ ａ ｎ ｌａ ｄ ｔ ｒ ｂ ｂ ｌ ｙ ｄ ｔ ｃｉ ． ｃ ｈ ｉ ｏ
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１ 引言
无线 传感 器 网络 是一种 由传 感器 、数据 处理 单 元和 通信 模块集 成 化 的微 小 网络 节点 ，这 些 节 点在 高效 的 ＭＡＣ 控制 协议 和 路 由协 议控 制 下 自组织 的