论文部分内容阅读
无线传感器网络中，MAC协议负责实现节点的有效信道接入，其性能直接影响节点能耗、延迟等性能参数。在无线传感器网络具体应用中，网络负载常存在动态变化，而现有的无线传感器网络MAC协议在适应负载动态变化方面存在一些不足。因此，需要提出一些新的方法来研究和改善现有无线传感器网络MAC协议对负载动态变化的适应性。本论文主要研究无线传感器网络负载动态变化MAC协议，主要内容包括:
1)基于马尔可夫链理论和排队理论建立了一种用于评估S-MAC协议在负载动态变化情况下性能的分析模型。该模型不仅考虑了节点全连接情况下发送报文的冲突概率，更重要的是考虑了节点不完全连接而导致存在隐终端的情况下，节点发送报文的冲突概率。在给定实验场景下，利用该分析模型得到负载变化时协议的网络吞吐率及MAC平均服务延迟性能，揭示了S-MAC协议在适应负载动态变化时存在的一些不足。
2)提出了一种载波侦听阈值自适应调整算法(APCS)。该算法以在线统计的信道竞争接入失败次数和冲突次数作为反馈控制参数，通过动态调整节点物理载波侦听阈值以提高信道利用率，有效提升了S-MAC协议在多跳传输模式下的端到端吞吐率。
3)提出一种可适应周期性监测应用场景负载动态变化的MAC协议(TA-MAC)。该协议针对周期性监测应用中负载动态变化的特点，考虑到节点进行周期性采样时负载强度可能随时间变化呈较大幅度变化的特性，针对到现有MAC协议适应性存在的考虑不足，通过设计针对数据采集树拓扑的同步方法降低全网同步开销，通过优化睡眠策略减少节点执行完数据传输任务后不必要的空闲侦听能耗，通过实现以节点缓存数据包数为反馈信息的扩展传输提升了协议单操作周期内可传输的报文数，从而调高了协议吞吐率、降低了传输延迟。
4)提出了一种可适应随机事件监测应用负载动态变化的MAC协议(NS-MAC)。该协议针对随机事件监测应用中负载动态变化的特点，考虑到随机到达事件同时触发邻近区域内多个节点的特性，针对到多个节点进行并发数据传输请求时所产生的局部区域高竞争度问题，通过设计预约调度算法合理分配传输路径上各竞争节点进行数据传输的时间，一方面保障节点之间不会因为冲突而导致重传或数据包丢失，提高了传递率，另一方面提高了网络中数据包传输的并行度，也降低了数据包的端到端传输延迟。