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无线个域网(WPAN)定位于短距离无线通信应用,其可以使用的通信协议有多种,分别应用在不同的场合。IEEE802.15.4协议是无线个域网中使用的一种标准,自推出以来,它就被广泛认为是非常适合于低速率、低成本、低功耗、低复杂度和短距离应用的最重要的通信协议之一,并被作为低速率无线技术实现方案的一个重要基础,广泛应用于交互玩具、工农业自动化等领域。 本文首先构建了一个支持活跃时段休眠的 IEEE802.15.4网络应用模型,并对其进行了需求分析的研究。在此基础之上,针对该网络应用模型提出了两点提高节点能量效率的措施:其一是允许节点在超帧活跃周期休眠,其二是减小信道竞争窗口的长度。本文还提出了一种利用CSMA/CA空闲信道监听前退避时隙的延时来唤醒节点的方法,从而为实现射频芯片状态间的合理有效转换提供支持。本文还引入了单位能量传输的字节数(即能量效率)这个性能评估指标,以便于研究不同网络规模下发送速率对本文网络模型的能量利用率所产生的影响。 鉴于直接利用当前的 NS2工具不能对本文的网络应用模型进行仿真分析,在对NS2及 IEEE802.15.4模拟器进行充分研究的基础上,结合提出的节能措施需要模拟器实现的功能,本文对 IEEE802.15.4模拟器进行了有针对性的修改。修改主要实现了节点在休眠-空闲、空闲-接收状态间的转换,以支持超帧活跃周期内进入休眠状态后可以唤醒节点来发送数据;修改还实现了竞争窗口长度的变化,以便能够分析减小信道竞争窗口长度后网络的性能。在用修改后的模拟器进行仿真时,网络属性的设置与以往有所不同,本文给出了详细的网络配置方法。 为了验证所提出的节能技术对网络应用模型性能的影响,文中利用基于 NS2的仿真实验对之进行了深入和细致的分析,并分析了ACK机制对该模型的性能影响,进而验证了不使用MAC层的ACK帧及减小竞争窗口长度这一个思想的合理性和有效性。大量的仿真分析表明,本文提出的上述两种提高能量效率的措施能够很好地满足文中网络模型的应用需求,在不对延时和吞吐量等重要指标带来负面影响的同时能够提高能量的利用率。