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无线传感器网络是由大量的传感器节点组成,传感网络节点的数量上达成千上万。传感器节点主要通过无线通信方式组成多跳自组织网络来完成对环境的监视,控制和数据采集等任务。由于传感器节点个数多,分布区域广,部署环境严酷,携带电池能量有限,且更换电池困难,因此在不影响功能的前提下,高效的控制能耗,最大化网络生命周期是WSN(无线传感器网络)网络协议设计面临的主要问题。在WSN的运行过程中,能耗主要来自处理单元,传感单元,通信单元,其中通信单元的能耗远高于其它单元。因此,降低能耗首先就要从通信单元入手,而MAC协议又直接控制着通信模块,因此通信单元的能耗控制就主要是由媒体接入控制(Media Access Control,MAC)协议制约,研究MAC机制对于提高无线传感器网络性能有着直接的作用。
近年来,作为新兴起的IEEE802.15.4/ZigBee无线标准已被广泛地应用于无线传感器网络中。在该协议的PHY层及ZigBee芯片都可以支持3个频段和多达27个信道,但是在MAC层却还是只支持单信道,这一现状表明ZigBee中物理层的多信道资源没有得到合理的利用。再加上在面对单信道带来的干扰,碰撞重传等一些列问题的情况下,多信道MAC机制的提出变得越来越迫切和有价值。
论文选择新兴起的IEEE802.15.4/ZigBee无线标准作为研究基础,在这个协议标准基础上提出了多信道MAC机制。论文主要从信道分配和接入机制两方面来对多信道MAC协议进行研究和设计。首先在多信道分配中主要考虑现存的信道干扰和隐终端等一系列问题,然后结合现有几种典型的多信道分配算法提出了一种基于信道预留机制和优先级的多信道分配方案。重点是详细地设计了这种多信道的分配机制,论证分析这一分配机制能够彻底解决单信道中的隐终端问题并且可以解决相邻信道带来的干扰问题。其次,在接入机制中先建立信道吞吐量,时延,丢包率等相关的数学模型,分析它们的影响因素,根据分析结果提出自适应的接入机制。最后还设计了与该多信道方案相关的分簇的拓扑结构,相关的信道分配的通信原语,并且设计了相应的通信时序等。
论文在最后利用仿真软件NS2对部分设计方案进行了性能测试和仿真分析,结果表明论文提出的关于自适应的接入机制有效可行,起到了增加吞吐量,减少能耗等作用。希望论文能为研究zigBee多信道MAC机制提供一定的参考和借鉴。