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无线传感器网络是一种新型的无线MESH网络,它结合了传感器技术、嵌入式技术、网络技术、无线电通信技术,具有成本低廉、功耗小等特点。作为新兴的智能控制技术,无线传感器网络在社会的各个行业领域内都发挥着极其重大的作用,并迅速成为相关领域研究的热点内容。MAC协议处于传感器网络协议栈的底层部分,对传感器网络的性能有较大影响,是保证无线传感器网络高效通信的关键网络协议之一。 首先,本文概述了无线传感器网络的体系结构和发展现状,并重点介绍了无线传感器网络的几种MAC层协议,由此引出MAC协议研究的一些关键问题。第一,与传统的无线网络相比,无线传感器网络更关注于能量供应的问题。由于现在的传感器节点的能量供应问题没有得到很好的解决,能耗也就成了协议设计的首要考虑因素。第二,无线传感器网络采用多跳的Mesh网络结构,由于需要考虑到能耗和碰撞的影响,数据包的收发往往有很大的延迟。虽然现有的一些竞争型MAC协议也具有多跳感知能力,但是由于采用了“侦听/睡眠”的调度策略,存在早睡问题,因而跳跃次数受到很大的限制。 然后,本文针对无线传感器网络现有MAC协议的一些不足,以低能耗、低延迟为目标,提出了一种能够根据网络拓扑自动调整帧周期内侦听次数的MAC协议,AM-MAC。AM-MAC采用帧内分片、同步入网、限制MAC包长和自适应侦听次数的方法,使网络节点在流量较小时能更多地处于睡眠状态,而在流量较大时,能较快地传播网络数据,从而减少数据传输的能耗,降低数据传输的延迟。 最后,本文搭建了一个无线传感器网络的仿真平台,并选择能耗、延迟和吞吐量这三种实验参数对协议进行验证。实验平台采用无线传感器网络的分层架构思想,设计了App、Router、Mac和Radio四层仿真模块,其中的Mac模块是根据S-MAC、T-MAC和AM-MAC协议而设计,通过配置其初始化参数就能对仿真结果进行对比验证。实验证明,新协议在能耗、延迟和吞吐量方面具有较大的优势。