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近年来无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)技术不断发展,其应用范围也不断扩大,作为WSN的承载体的无线传感器网络节点的能量消耗问题是影响节点寿命和网络性能的关键因素。如果有节点的能量消耗殆尽,就有可能影响到网络的覆盖、通信路由、网络的连通性,降低网络的性能。在WSN中,媒体接入控制(Medium Access Control,MAC)协议决定了如何在传感器节点之间分配有限的无线通信资源,是影响无线传感器网络能量效率的重要方面。本论文将WSN定位技术中的测距技术应用到MAC层协议中,寻求在MAC层降低传感器节点功耗的方法。
本文首先在介绍WSN的基本原理的基础上,着重分析了现有的一些基于WSN的MAC层协议,详细探讨了其中比较有代表性的S-MAC协议。并在此基础上,充分利用S-MAC协议的运行机制,在不增加额外网络开销的前提下增加RSSI的测距,使得节点在执行同步、邻居发现策略等过程中获得已知邻居节点的距离信息,为基于RSSI测距法定位应用做准备。同时,针对S-MAC协议的缺陷,利用获得的与邻居节点的距离信息对S-MAC协议进行改进,提出了基于测距的同步S-MAC协议(即Measurement based and Synchronized S-MAC,MSS-MAC协议),实现时间调度表的全网同步,使各个簇逐步合并,消除了边界节点。在NS2上的仿真结果证明改进后的协议相对地提高了能量效率,改善了网络连通性。
之后,本文以Mica系列节点中的Mica2节点为基础,设计一款兼容Mica2节点的可扩展的通用无线传感器网络节点,详细分析了无线传感器网络节点中的传感器模块、处理器模块、无线通信模块和能量供应模块的性能要求并完成了各模块的硬件实现。