无线传感器网络MAC协议节能分析模型及功率管理的研究

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进入二十一世纪以来,随着无线通信技术、智能传感器技术以及分布式计算技术的高速发展,无线传感器网络技术开始逐渐成熟。无线传感器网络在军事国防、工农业、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、危险区域远程控制等诸多领域都有着广泛的应用。在此背景下,本论文对无线传感器网络的媒体接入控制协议进行了深入的研究。 本文分为六章。 第一章是绪论,主要介绍了无线传感器网络的基本概念、特点,阐述了本论文的主要内容以及各章节安排。 第二章给出了媒体接入控制的基本概念,并根据信道接入方式分类介绍了目前针对无线传感器网络而设计的MAC协议,说明各个协议的基本工作原理,并分析协议在节约能量、可扩展性和网络效率等方面的性能。 第三章针对传感器网络MAC协议设计中节能问题,在S-MAC协议的基础上提出了一种节能分析模型。通过计算在不同节点数情况下传感器节点成功发送一次数据所需时间,实现使节点尽量处于睡眠状态来降低节点能量的消耗。该模型有效的降低了功耗,提高了系统节能性。 第四章提出了一种固定分配机制和自适应竞争机制相结合的改进型TDMA-ADEEMAC,并且运用第三章提出的分析模型,算出合理的竞争周期的时长。仿真结果表明ADEEMAC无论在节能方面还是信道吞吐量方面的性能,都较S-MAC协议有很大的提升。 第五章详细介绍了无线个域网IEEE 802.15.4标准,并分析其超帧结构,并通过仿真分析其吞吐量和发包时延的性能。针对CFP阶段的功率管理问题,提出了一种基于拓扑连通度评价准则的ALSA算法,使得节点唤醒次数尽量减少,仿真结果验证了ALSA算法的有效性,给出了分析结果稳定,并且优于原有算法。 第六章总结了全文的工作,并对进一步工作做了展望。
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