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无线传感器网络(WirelessSensorNetworks,WSN)是集信息采集,处理,传输和管理于一体的新型智能系统。传感器节点是由处理器模块,传感器模块,无线通信模块和电源模块构成的。由于其应用的特殊性,能耗的优化是研究传感器节点的一大难题。其中,影响能耗的因素有,路由协议和介质访问控制协议(MediumAccessControl,简称MAC)。路由协议通过选择最优的通信路径实现节能,MAC协议通过控制节点通信模块工作状态实现节能。目前,研究人员已经研究出各种类型的MAC协议,有的协议已经应用在实际生活中。但是,并没有一种协议可以应用于任何环境。因此,继续研究好的MAC协议是该门学科发展的需要和必然性。
本文研究了SMAC协议,介绍了SMAC协议工作原理,针对SMAC协议退避机制的缺陷,借鉴二进制指数退避算法,在SMAC协议的基础上引入了一种具有公平性的退避机制。节点根据接入信道的次数动态调整竞争窗口,退避失败时冻结退避计时器,在下个竞争周期继续计时,增加了节点接入信道的公平性,减小了碰撞,增大了吞吐量。退避时根据信道状态动态调整退避计时器,增大了信道利用率。同时分析了一种单周期高效工作的RMAC协议,根据在规定时间T内的接收值判断是否传输失败,当控制帧传输失败采用了单次重传机制,并引入了睡眠模式,减小了网络能量消耗;当数据包传输失败采用了多次重传机制,保证了数据包实时可靠的单周期多跳传输,提高了信道利用率。
最后利用仿真工具NS2实现了各种拓扑环境下的仿真,通过控制包的发送速率实现不同网络负载下协议的性能对比。由仿真图可见:改进后的SMAC协议在吞吐量,能量消耗和能量利用率方面相对于SMAC协议有显著的提高,起到了节能的效果。改进后的RMAC在传输时延和网络吞吐量上均优于RMAC,实现了协议的高效性,延长了网络生命周期。
本文研究了SMAC协议,介绍了SMAC协议工作原理,针对SMAC协议退避机制的缺陷,借鉴二进制指数退避算法,在SMAC协议的基础上引入了一种具有公平性的退避机制。节点根据接入信道的次数动态调整竞争窗口,退避失败时冻结退避计时器,在下个竞争周期继续计时,增加了节点接入信道的公平性,减小了碰撞,增大了吞吐量。退避时根据信道状态动态调整退避计时器,增大了信道利用率。同时分析了一种单周期高效工作的RMAC协议,根据在规定时间T内的接收值判断是否传输失败,当控制帧传输失败采用了单次重传机制,并引入了睡眠模式,减小了网络能量消耗;当数据包传输失败采用了多次重传机制,保证了数据包实时可靠的单周期多跳传输,提高了信道利用率。
最后利用仿真工具NS2实现了各种拓扑环境下的仿真,通过控制包的发送速率实现不同网络负载下协议的性能对比。由仿真图可见:改进后的SMAC协议在吞吐量,能量消耗和能量利用率方面相对于SMAC协议有显著的提高,起到了节能的效果。改进后的RMAC在传输时延和网络吞吐量上均优于RMAC,实现了协议的高效性,延长了网络生命周期。