论文部分内容阅读
无线传感器网络广泛应用于各个领域，但网络节点多采用电池供电，节能一直是无线传感器网络研究的核心问题。现有研究主要从MAC协议、路由协议和组网等方面进行改进，减少无线传感器网络能量消耗。本文主要研究MAC协议的节能，对MAC协议DMAC存在的问题进行分析，并针对其存在的问题改进DMAC协议，设计了STSA-MAC、BSTSA-MAC、MSTSA-MAC、BMSTSA-MAC协议。无线传感器网络主要应用场景是传感器节点周期性采集传感数据上传至sink节点，其业务类型可能是单周期业务也可能是多周期业务。无论是单周期业务还是多周期业务，网络中节点同时有数据发送时，依据DMAC竞争机制，数据冲突概率显著增大，因数据冲突造成能量浪费和传输时延增大。根据DMAC协议数据预测机制，节点在接收时隙内存在空闲侦听，空闲侦听造成能量浪费。针对DMAC协议存在的问题，在无线传感器网络的单周期业务应用中，设计了STSA-MAC协议。由sink节点发送TSA帧分配网络中节点发送时隙和接收时隙，减少冲突和空闲侦听带来的能量浪费等问题。针对单周期无线传感器网络中存在突发数据的情形，在STSA-MAC基础上，设计了BSTSA-MAC协议。对于突发数据时隙安排，通过将相关标志位置1通知父节点有突发数据发送。父节点在回复ACK中捎带突发数据发送时隙信息，子节点根据ACK信息确定突发数据时隙安排。最后通过NS2仿真，证明STSA-MAC和BSTSA-MAC协议在能量消耗、端到端时延、端到端丢包率方面都优于DMAC，较DMAC有更高的能效性。在无线传感器网络的多周期业务应用中，针对DMAC存在的问题设计了MSTSA-MAC协议。节点在STSA-MAC协议的sink节点分配时隙基础上，结合父节点回复的ACK信息，决定节点时隙调度。通过合理安排节点发送时隙，有效减少了竞争带来的能量浪费、传输时延等问题。同样，针对多周期情况下存在突发数据情况，设计了BMSTSA-MAC协议。通过将相关标志位置1通知父节点节点有突发数据发送，父节点根据记录的有关子节点时隙安排信息，在回复的ACK信息中捎带突发数据时隙安排信息。最后，通过NS2仿真验证，两种协议在能量消耗、端到端丢包率、端到端时延方面都有较大改善。