论文部分内容阅读
近年来随着物联网技术的高速发展,无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)作为物联网传感层的支撑技术,现在已经被广泛的应用于车联网、智慧城市、智能家居、智慧农业、大气环境监测、电力监控、智慧工厂、智能制造、军事等领域等。无线传感器网络是由布置在检测区域内许多个无线传感器节点组成。无线传感器节点之间通过对检测区域内数据的采集、接收和转发、处理等达到协同检测区域动态信息的目的。媒体访问控制(Medium Access Control,MAC)协议决定了无线信道的使用方式,控制对物理层的所有访问。良好的MAC协议能够优化网络吞吐量,提高带宽利用率,减少能量损耗,降低时延等,因此在无线传感器网络领域中MAC协议设计至关重要。由于无线传感器节点电池一般不能拆卸能量受限的特点,传统的无线MAC协议不能满足新时期新的要求,因此设计一种高效节能的无线传感器网络MAC协议成为一个急需解决的问题。本文针对这个问题,在经典的S-MAC协议基础上,提出两种改进的自适应节能MAC协议:TXSMAC和QDSMAC协议。这两种协议适用的场景不一样。TXSMAC协议应用在节点通信带宽低,对时延要求相对宽松的场景。TXSMAC协议优化无线信道退避机制和固定占空比,使网络能够自适应检测区域内流量变化,自动调整工作和睡眠状态,自适应的节省能量。QDSMAC协议应用于时延低的场景。QDSMAC协议首先提出了缓冲区平均队列时延的概念,用于对网络负载进行检测,基于这个检测结果改变节点侦听/休眠的占空比,和同步控制信息以便自适应网络流量变化,达到自适应节能的目的。在Linux系统下,采用NS2软件平台对优化后的两种MAC协议进行仿真验证,可以看出在节能、时延、吞吐量等性能指标上,优化后的MAC协议比原SMAC协议在无线传感器网络中更加优越。尤其是在节能方面,效果比较突出。