传感器网络中基于前缀包编码的低功耗MAC协议的设计与实现

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随着物联网的发展,无线传感网络的能耗问题越来越重要,因为能量是影响传感网在现实场景中能否应用的重要因素。射频通信是无线传感节点中最耗能的部分,过去几年,为了提升射频通信的能耗效率提出了很多低功耗MAC协议。在这些低功耗MAC协议中,前缀包大部分是用来唤醒接收端节点的,然而,这些前缀包的数据传输能力并没有被利用起来。本文中,我们提出了COPE,通过对前缀包进行网络编码,充分利用了前缀包的数据传输能力。COPE有两个重要的特点,首先,被动接收端集合选择的方式不会带来任何多余的通讯开销,而且可以决定是否接收串听到的数据包;其次,COPE支持多种路由原语,比如单播或者广播,它在低功耗链路层(第2层)与网络层(第3层)之间,相当于位于第2.5层。本文主要贡献包括如下三个部分:(1)在无线低功耗网络中首次研究并充分利用了前缀包来进行数据传输,在前缀包检测接收端节点的同时传输数据包。与传统的方法相比,减少了数据传输的时间,从而提高了系统的能量利用效率。(2)本文提出了一种新型的前缀包编码设计,COPE。COPE有两个重要特征:①对于系统来说,没有多余的通讯开销;②COPE是一个通用的2.5层协议,支持三种常见的路由原语。(3)本文实现了COPE,并在无线低功耗网络中设置了不同的网络环境来测试COPE的性能。然后进一步提出了分析模型来帮助分析COPE的性能。结果显示,相对基于前缀包的传统低能耗方法,COPE显著的提高了能量的利用效率。
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