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无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)就是由许多集传感与驱动控制能力、计算能力、通信能力于一身的资源受限(指计算、存储和能源方面的限制)的嵌入式节点通过无线方式互连起来的网络。也指在特定应用环境中布置的传感器节点以无线通信方式组织成网络,传感器节点完成指定的数据采集工作,节点通过无线传感器网络将数据发送到网络中,并最终由特定的应用接收。
无线传感器网络被广泛运用于设施安全、环境监控、工业应用、交通控制等。节点之间通过广播,多跳的通信方式进行数据交换;节点数量大,随机分布,密度较大,节点设备各供电电源能量有限,生命周期短。所以WSN需要研究新的技术,以保证实现网络能量消耗最小化,节点生命周期最大化,能量负载均衡化,以及通信能力最优化的目标。WSN技术涉及的研究领域非常广泛,其中有相当一部分集中在网络层的路由协议、链路层的mac协议、系统节能策略以及同步和定位等共性技术。
目前无线传感器网络在各方面的应用日益增多,已有的一些协议不能满足这些要求,所以需要引入一些新的协议。现有的无线传感器网络控制协议已冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)控制协议为主,在特定负载下,可获较好效果,而其他负载则需引入新的控制协议。本论文提出了一种信号期两种策略控制随机多址接入协议,运用平均周期法分析了系统的吞吐量数学解析式,并对系统性能进了分析和评价,并且详细的介绍了信号期两种策略控制随机多址接入协议在GAINZ平台上的应用实现过程。把信号期两种策略控制随机多址接入协议引用到无线传感器网络上,在一定程度上丰富了无线传感器网络的应用范围。
论文安排如下:
第一章在介绍无线传感器网络历史的基础上,对当前无线传感器网络的应用前景进行了详细的分析,重点对目前无线传感器网络存在的问题进行了分析,特别说明无线传感器网络对低功耗的要求并没有那么强烈,并且对随机多址协议发展进行了分析。
第二章对GAINZ硬件产品特点、结构进行了介绍。并对目前一些主流的无线传感器网络开发和仿真平台进行了研究,对几种目前无线传感器网络的仿真工具NS2、TinyOS、OPNET、OMNET++等进行了分析比较。最后对连续型P检测随机多址接入方式光数据发送接收实验,GAINZ节点传输距离实验,GAINZ缓冲区测试实验进行了介绍,并通过实验结果分析GAINZ硬件产品的性能。
第三章从提高无线通信网络QoS,从丰富无线传感器网络mac层协议的角度出发,提出了信号期两种策略控制随机多址接入协议(Signal period of twostrategies to control a random multiple access)通过优先级的划分来支持无线通信网络中多种业务的QoS,并通过多通道的应用以及在传输期“1”和时延期“a”内采用不同的随机多址接入方式,获得高负载下的无线通信网络较高的信道利用率。
第四章介绍了信号期两种策略控制随机多址接入协议在GAINZ平台上的应用实现过程,详细说明了无线传感器时间同步协议原理和无线传感器定时器的使用原理。通过实验验证了信号期两种策略控制随机多址接入协议移植到无线传感器网络节点的可行性。
第五章对全文的主要研究工作做了总结,讨论了其中存在的问题以及今后继续深入的方向。