用于茶园环境监测的无线传感器网络MAC协议研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tianshi581
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中国作为世界第一大产茶国,国家对茶产业给予了高度重视,对茶产业的投入逐年加大,并且通过科技创新、结构调整等各种措施,不断促进着茶产业的持续发展。但是,相对其他产茶大国来说,我国茶叶生产的单产较低,因此茶叶生产的效益普遍不高。究其原因,主要是我国良种化茶园所占的比重少,生产管理粗放所致。无线传感器网络(WSN,Wireless Sensor Networks)是一个新兴的交叉研究领域,常应用于气象和地理研究、洪水、火灾检测;监视农作物灌溉情况、土壤参数变化、牲畜和家禽的环境状况以及大面积的地表检测等。利用无线传感器网络监测茶树的生长环境等各种参数,实现对茶园进行科学灌溉、监测十分适宜。   无线传感器网络中,媒体访问控制(MAC,Media Access Control)协议决定无线信道的使用方式,直接控制着无线射频收发器的活动,因此MAC协议节能效率的好坏将严重影响无线传感器网络的生命周期。论文基于高效节能和易于扩展的要求,提出了一种适用于茶园监测环境的无线传感器网络MAC协议。论文首先对无线传感器网络的典型MAC协议进行了详细介绍;然后,针对茶园环境监测的特点,以提高网络效率、延长网络生命周期为目标,提出了LS-MAC(Long Sleep MAC)协议,重点分析介绍了协议中创新的BDQR(Back-off Depends on Queue and Retry)退避算法和同步帧触发长睡眠机制;最后,通过网络仿真软件NS-2对所设计的MAC协议进行了具体实现。   试验架设了两个经典的网络场景来进行模拟网络仿真测试。利用awk程序处理的方法,对仿真产生的记录整个数据传输过程的trace跟踪文件进行了有用信息的抽取和处理,实现了在无线传感器网络传输过程中MAC层的能量、时延和吞吐量三种性能指标的分析目标。   数据传输试验结果表明,LS-MAC协议较之IEEE802.11和S-MAC协议,可有效节省网络的能量消耗,同时对网络时延和网络吞吐量也有一定程度的改善;网络扩展性试验加入试验表明,LS-MAC协议成功实现了同步帧触发的长睡眠机制,网络的可扩展性良好。  
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