无线传感器网络MAC协议在智能交通中的研究与应用

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在城市化飞速发展的今天,城市车流量大、交通流阶段性分布不均衡造成的交通拥堵问题已成为城市发展的瓶颈。利用现代智能交通系统来解决这一问题势在必行。无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)虽然起步比较晚,但是却表现出新兴事物好迅猛的发展势头。同时经过近几年的应用实践证明,它非常适用于解决上述提到的交通问题。在此过程中涉及到一项关键技术,即媒体访问控制(Medium Access Control,MAC),也是本文的主要研究对象。如何设计一个能量均衡、高效的MAC协议是近年来WSN的研究重点和热点。因此,针对上述实际交通流信息实时监测问题,本文提出了一种基于权重优先服务的无线传感器网络MAC协议。首先,本文对MAC协议基本数据交换单元帧进行了设计。为满足系统的实时性需求,通过节点采集数据的重要性和网络负载两方面来对节点的帧行为进行动态的调整。在活跃阶段,协议结合竞争与调度的方式来获取通信资源。这里分两种情况:当系统业务流量过载时,感知节点转变其获取信道的方式即从周期访问变为竞争周期访问;反之,则保持原态,无需任何转变。这样,尽可能保证数据传输的实时有效性,使得无线信道的利用率得到提升。其次,本文针对感知数据还设计了一种带优先权的服务策略。通过综合评估感知模块采集的信息类别和来源两种因素,采用相应的归类算法,为实时数据进行优先权重的标识。然后,根据实际无线通信资源环境合理区分节点访问权限,这样既保证发送超限数据流量和重要数据节点获得信道概率较大,同时也保证重要实时性数据的即时传输。这样,不仅保证了系统的动态实时性,而且还提高了系统吞吐率。最后,使用网络模拟软件NS-2来模拟实际的网络场景,通过改变仿真参数,进行反复实验,验证了本文设计具有的明显优势。为了使系统更加完善,还结合实际实现了一个小型信息监测系统,进一步验证了设计的合理有效性。
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